Физики измерили радиус ядра гелия при помощи лазерной системы

Гелий — очень важный элемент, гораздо больше, чем просто способ заставить воздушные шары парить или повысить высоту звука наших голосов. Это второй по распространенности элемент во Вселенной и самый легкий из благородных газов.

Физики объявили о прорыве в понимании этого элемента: это самое точное измерение его ядра.

Международная группа исследователей установила, что радиус ядра гелия составляет 1,67824 фемтометра — или 1,67824 × 10 -15 метров (5,506 × 10 -15 футов). Для сравнения: если бы размер ядра был размером с вашу миниатюру, фактическая миниатюра была бы размером с орбиту Земли. Это новое измерение в 4,8 раза точнее предыдущих оценок. Результаты опубликованы в Nature .

Атом гелия, в его наиболее распространенной форме, состоит из ядра, состоящего из двух протонов и двух нейтронов, окруженных двумя электронами. Электроны имеют отрицательный электрический заряд, а протоны — положительный. Нейтроны не имеют электрического заряда, но являются ключом к тому, чтобы протоны не отталкивались друг от друга. Протоны и нейтроны состоят из кварков, и кварки взаимодействуют посредством сильного ядерного взаимодействия.

Это скажет вам, что частицы в ядре не просто остаются неподвижными, и что у ядра нет четко определенной границы. Его радиус оценивается путем расчета взаимодействия ядра с отрицательно заряженными частицами.

В этом последнем эксперименте исследователи изменили гелий, переключая электроны на мюоны. У мюонов такой же электрический заряд, как у электрона, но они в 200 раз массивнее. Это различие позволило исследователям сделать более точные измерения.

«Мы работаем не с обычными атомами, а с экзотическими атомами, в которых оба электрона заменены одним мюоном. Таким образом, с помощью мюонного гелия мы можем сделать выводы о структуре атомного ядра и измерить его свойства», — говорит старший автор. Об этом говорится в заявлении Альдо Антоньини из Института Пауля Шеррера .

Тот же подход с мюоном был использован несколько лет назад для получения более точных измерений протона. Это привело к небольшому противоречию в размерах протона. Исследователи думали, что это просто экспериментальная ошибка в более ранних измерениях, но они были открыты для мысли, что, возможно, это был намек на более сложную физику.

Нет разногласий в измерении гелия — последнее число является очевидным и простым улучшением предыдущих оценок. Это усиливает результаты исследования протонов, делая его маловероятным продуктом неизвестной физики.

«Наши измерения можно использовать по-разному, — говорит первый автор исследования Джулиан Краут. «Радиус ядра гелия — важный критерий ядерной физики».

Эта работа является прекрасным испытательным стендом для нескольких физических теорий, от теоретических моделей структуры ядра до уточнения нашего понимания сильного ядерного взаимодействия в фундаментальной физике.

aobe.ru | Актуальные новости России и мира