Krystal Kasal tərəfindən , Phys.org

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Eksperimental aparat. Mənbə: Fiziki İcmal Məktubları (2026). DOI: 10.1103/lgl2-6cb8

Hidrogen atomunun sadəliyi onu atom quruluşunu və qarşılıqlı təsirlərini öyrənmək üçün ideal bir modelə çevirir. Bununla belə, ən sadə forması yalnız bir proton və bir elektrondan ibarət olmasına baxmayaraq, fiziklər protonun dəqiq yük radiusunu müəyyən etməkdə çətinlik çəkiblər. Lakin Physical Review Letters jurnalında dərc olunmuş yeni bir araşdırma , keçmişdəki bəzi uyğunsuzluqları həll etməyə kömək edən ölçmə metodunu açıqlayır.

Proton radiusu tapmacası

Kainatın ən vacib təməl daşlarından birini daha yaxşı başa düşmək üçün bir neçə tədqiqat qrupu, protonun yük radiusunu – protondan gələn elektrik yükünün fəza paylanmasının ölçüsünü – hidrogen spektroskopiyasından istifadə edərək ölçməyə diqqət yetirmişdir. Bəzi tədqiqat qrupları bu təcrübələri normal hidrogen atomları ilə, bəziləri isə muon hidrogen adlanan bir hidrogen forması ilə aparmışdır. Muon hidrogen, protona bağlı elektron əvəzinə, protona bağlı mənfi yüklü muondan ibarət ekzotik bir hidrogen atomudur.

Nəzəri olaraq, həm müntəzəm, həm də muon hidrogenindəki protonlar eyni proton yük radiusuna malik olmalıdır. Lakin, bəzi eksperimental nəticələr muon hidrogeninin yük radiusunun olduqca dəqiq ölçülməsi ilə bağlı fikir ayrılıqları göstərdi ki, bu da daha kiçik bir dəyər verdi. Bu uyğunsuzluq “proton radius tapmacası” adlanır və 2010-cu ildən bəri fizikləri narahat edir, çünki yüksək dəqiqlikli muon hidrogen spektroskopiyası təcrübəsinin ilk nəticələri ortaya çıxdı.

Hidrogendə ultra dəqiq enerji keçid ölçmələri

Proton yük radiusunun daha dəqiq ölçülməsi üçün yeni tədqiqatda iştirak edən komanda, qabaqcıl lazer spektroskopiyası və tezlik kalibrləməsi üçün NIST-də sezium şüası saatlarının köməyi ilə hidrogen atomu daxilində müəyyən enerji keçidlərinin tezliklərinin çox dəqiq ölçmələrini apardı . Bu keçidlərə proton yük radiusu təsir göstərir. Beləliklə, komanda bu tezlik ölçmələrindən proton yük radiusu üçün daha dəqiq bir dəyər, eləcə də atomun elektromaqnit spektrləri ilə əlaqəli vacib bir dəyər olan Rydberq tezliyinin dəqiq bir dəyəri hesablaya bildi.

Bunu etmək üçün onlar atomların daha yüksək enerji vəziyyətinə qədər həyəcanlandığı və dəyişiklikləri spektroskopiya ilə ölçməyə imkan verən atom hidrogeninin kriogen şüasından istifadə etdilər. Bu keçidlərin bəziləri əvvəlki təcrübələrdə ölçülməmişdi. Onlar AC və DC Stark yerdəyişmələri, Doppler yerdəyişmələri və qara cisim radiasiya effektləri kimi bir sıra sistematik səhvləri aradan qaldırdılar.

Komanda CODATA-dan alınan son müəyyən edilmiş dəyərlərlə tam uyğunluq təşkil edən 0,8433 femtometr proton yük radiusu və 3,289,841,960,252,9 kHz Rydberg tezliyi tapdı. Bu nəticələr, 2010-cu ildə aparılan ilk ölçmə də daxil olmaqla, muon hidrogenində tapılan daha kiçik proton radiusu ilə uyğun gəlir. Nəticə proton yük radiusunun orijinal dəyərindən 4% fərq təşkil edir.

Yeni fizikanı sınaqdan keçirmək

Xüsusilə fərqli keçidlərdən istifadə edərək əvvəlki ölçmələrlə kiçik bir uyğunsuzluqdan bəzi qeyri-müəyyənliklər qalsa da, nəticələr daha kiçik ölçülü proton yük radiusuna daha çox inam yaradır. Proton yük radiusu və Rydberg sabiti üçün bu təkmilləşdirilmiş dəyərlər atom quruluşunun və fundamental sabitlərin anlaşılmasını təkmilləşdirməyə kömək edir və çox güman ki, dəqiq ölçmələrə, kvant texnologiyalarına və yeni fizikanın sınaqlarına təsir göstərəcək. Tədqiqat müəllifləri qeyd edirlər ki, nəticələr deuteriuma da şamil edilə bilər və ya yeni hissəciklər kəşf etmək üçün istifadə edilə bilər.

“Nəticələrimiz, xüsusilə işıq bozonlarını təqdim edən standart model (BSM) nəzəriyyələrindən kənarda aktualdır. Bu bozonlar Kulon potensialını dəyişdirir və nəticədə çıxarışlarda istifadə olunan keçidlərin əsas kvant ədədlərinə əsaslanan Rydberg sabitinin dəyişməsi baş verir.”

Tədqiqat müəllifləri izah edirlər ki, “Eyni aparatda üç keçidi yüksək dəqiqliklə və n dəyişən şəkildə ölçdüyümüz üçün nəticələrimiz bu cür nəzəriyyələri məhdudlaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər. Bu keçidlər üçün izotop dəyişiklikləri BSM fizikasının həssas bir testini təmin edə biləcəyi üçün 2S _1/2 -nS _1/2 ölçmələrimizi deuteriuma qədər genişləndirmək üçün də güclü bir motivasiya var”.

Müəllifimiz Krystal Kasal tərəfindən sizin üçün yazılmış, Qeby Clark tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

R. G. Bullis və digərləri, Atom Hidrogenində 2S-nS Keçidlərinin Dəqiq Spektroskopiyası: Proton Yük Radiusunun Təyin Edilməsi, Fiziki İcmal Məktubları (2026). DOI: 10.1103/lgl2-6cb8

Jurnal məlumatları: Fiziki icmal məktubları