Вчений світ перебував в подиві і витратив більше двох років, щоб пояснити це невідповідність. Нова робота ще більше сплутала карти, підтвердивши, що реальний розмір протона менше, ніж говорять розрахунки, засновані на законах фізики.
Відзначимо, що протон не має будь-яких чітко помітних кордонів, тому його розміри можна визначити лише по взаємодії з обертовими навколо нього частинками (наприклад, електронами). В якості основного об'єкта для обчислення діаметра цієї позитивно зарядженої частинки традиційно виступав атом водню.
Найпростіший хімічний елемент складається з одного протона і одного електрона. При цьому електрон обертається навколо протона на строго певній відстані залежно від енергетичного рівня. Електрон може переміщатися з одного рівня на інший, поглинаючи або виділяючи енергію у вигляді фотонів світла. Вимірюючи енергію фотонів, що виходять від порушеної атома водню, фізики можуть визначити допустиме положення орбіталей, і на підставі законів квантової фізики розрахувати відстань від них до протона.
Вперше такі вимірювання були проведені в 1960-х роках. З тих пір вважалося, що радіус протона дорівнює 0,8768 фемтометра або менше однієї трильйонної міліметра.
Проблеми почалися після того, як про результати своїх вимірів заговорила група фізиків, що працюють під керівництвом Рандольфа Поля (Randolf Pohl) з Інституту квантової оптики Макса Планка. Вчені за допомогою прискорювача елементарних частинок бомбардувала атоми водню мюонами. В результаті ці нестабільні елементарні частинки, які в двісті разів важче електронів і також мають негативний заряд, витіснили електрони, зайнявши їх місця. Через більшої маси мюон обертається набагато ближче до протона і більш чутливий до його діаметру. Тому вимірювання, засновані на такій взаємодії, набагато точніше.
Вчені сподіваються, що розгадка таємниці буде знайдена протягом наступних двох-трьох років. Можливо, щось проясниться після експериментів з вимірюванням енергетичних рівнів в мюонних атомах гелію, які планується провести в найближчі два роки.
Також по темі: На Великому адронному колайдері, можливо, отримано новий тип матерії Зроблено важливий крок на шляху до керованого термоядерного синтезу Вчені вперше розгледіли хімічні зв'язки всередині молекули Змодельована хімічний зв'язок, яка може існувати тільки в космосі