Jakich rozmiarów naprawdę jest proton?

Proton jest cząstką elementarną wchodząca w skład jąder atomów (razem z neutronami) lecz, jako że nie jest on tak zwaną cząstką fundamentalną (składa się z trzech kwarków - dwóch górnych i jednego dolnego), zajmuje on określoną, mierzalną ilość miejsca w przestrzeni. I teraz pojawia się problem, bo nowe badania wskazują, że jest on mniejszy niż wcześniej uważano co może mieć bardzo poważne implikacje dla całej fizyki jaką znamy.

Według wszelkich wcześniejszych badań proton powinien mieć rozmiar wynoszący około 0,88 femtometra (1 femtometr = 10^-15 metra, czyli innymi słowy 0,000000000000001 metra).

Problem pojawił się już 3 lata temu gdy badacze spróbowali innymi metodami zmierzyć proton i uzyskiwali wynik odmienny aż o 4% (czyli przy tak dokładnych badaniach sporo ponad błąd statystyczny) - w okolicach 0,84 femtometra. Wykorzystano do tego tak zwany wodór mionowy, czyli po prostu umieszczono bardzo niestabilny mion na orbicie wokół protonu i zmierzono jego rozmiar. Wtedy jednak wynik taki można było zrzucić na dokładność badań.

Ostatnio w akceleratorze cząstek znajdującym się w Federalnym Instytucie Paula Scherrera w szwajcarskim Villigen eksperyment ten powtórzono dla innych poziomów energetycznych atomu i uzyskano taki sam wynik (przy istotności statystycznej 7 sigma [99.9999999997440%] - a więc ).

Naukowcy otrzymując taki wynik bardzo dokładnie przejrzeli swoje badanie lecz nie byli w stanie znaleźć w nim błędu. Dlatego prawdopodobne jest to, że miony nieco inaczej oddziałują na protony niż elektrony - co wskazywałoby na istnienie nowej fizyki (wykraczającej poza Model Standardowy) - choć opcję tę naukowcy póki co odrzucają twierdząc, że bardziej prawdopodobne jest istnienie jakiegoś nieznanego wcześniej, bardzo słabego oddziaływania.

Źródła: ,