Två precisa experiment har fastställt en protonradie på cirka 0,84 femtometer, vilket överensstämmer med en överraskande mätning från 2010 och löser ett långvarigt mysterium inom partikelfysik. Forskare använde lasrar för att studera elektronövergångar i väteatomer. Resultaten, som publicerats i Nature och Physical Review Letters, stärker förtroendet för den mindre protonstorleken.
För mer än 15 år sedan avslöjade ett experiment från 2010 med en exotisk väteatom att protonen kunde vara 4 procent mindre än man tidigare trott, vilket gav upphov till 'protonradie-pusslet'. En studie från 2019 gav ytterligare stöd för denna mindre storlek. Nu har kompletterande experiment ledda av Dylan Yost vid Colorado State University och Lothar Maisenbacher vid Max Planck-institutet för kvantoptik i Tyskland bekräftat radien till ungefär 0,84 femtometer, eller mindre än 1 biljondels millimeter. Båda forskargrupperna matchade resultatet från 2010 genom att använda lasrar för att mäta tidigare outforskade elektronenergiövergångar i väteatomer, som består av en proton och en elektron vars växelverkan avslöjar protonens storlek. De elektromagnetiska krafterna mellan partiklarna påverkar energitillstånden, vilket möjliggör en exakt storleksbestämning trots utmaningar som att upprätthålla perfekt vakuum och kalibrera lasrar under år av dataanalys. 'När man tittar på den datan, hur mycket pengar är man villig att satsa på att protonradien är vad den är? För min egen del, just nu, med dessa mätningar, ökar oddsen betydligt', sade Yost. Maisenbacher tillade: 'Det är nu mycket, mycket osannolikt att protonradie-pusslet fortfarande existerar.' Juan Rojo vid Vrije Universiteit Amsterdam betonade värdet av olika metoder: 'Protonradien bör vara en universell egenskap; den bör ge samma resultat oavsett hur du betraktar den.' Dessa resultat stämmer överens med kvantelektrodynamik med en noggrannhet på 0,5 miljondelar, vilket inte lämnar några avvikelser för nya partiklar eller krafter. Yost lyfte fram potentialen för laboratoriebaserade väteexperiment att upptäcka lätta nya partiklar som missats av gigantiska kolliderare.
