Согласно новым данным, радиус протона составляет примерно 0,84 фемтометра (фемтометр — одна миллионная доля нанометра). Это значение заметно отличается от ранее принятой величины 0,876 фемтометра и согласуется с более свежими измерениями, указывающими на то, что протон немного меньше, чем считалось ранее.

Изображение: interestingengineering.com

На протяжении многих лет физики получали один результат, измеряя атомы водорода с помощью электронов, и другой — используя мюоны, более тяжёлые «братья» электронов. Мюонные эксперименты последовательно показывали меньший радиус. Некоторые учёные допускали, что причиной расхождения может быть неизвестная сила или частица. Новое измерение опровергает эту гипотезу. Результат полностью укладывается в предсказания Стандартной модели. 

Исследователи создали пучок атомарного водорода в вакуумной камере и использовали ультрафиолетовые лазеры для возбуждения электронов между разными энергетическими уровнями. Поскольку размер протона тонко влияет на поведение электронов вокруг ядра, команда смогла вычислить радиус, измерив эти энергетические переходы с высокой точностью. Эксперимент также послужил проверкой квантовой электродинамики — теории, описывающей взаимодействие света и материи.

Главной проблемой было получение чистых измерений от быстро движущихся атомов водорода, которые взаимодействуют с лазерным лучом лишь очень короткое время. Чтобы преодолеть это ограничение, команда разработала новую технику с одновременным использованием двух лазерных полей, что повысило точность.

Результат отдельно подтвердила группа исследователей из Института Макса Планка, применившая другой подход. Разработанные лазерные методы теперь будут применены к более сложным формам водорода, включая дейтерий. Йост подчеркнул, что работа демонстрирует, как настольные эксперименты высокой точности могут дополнять крупные ускорители частиц в поисках новой физики и углублённой проверке существующих теорий.