فیزیکدانان یک گام به اندازه‌گیری دقیق ابعاد پروتون نزدیکتر شدند

روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری شعاع بار پروتون وجود دارد که نتایج متفاوتی را به نمایش می‌گذارند. حالا یک اندازه‌گیری جدید و بهبودیافته ما را یک گام به اندازه‌گیری دقیق آن نزدیکتر کرده است.

یکی از راه‌ها، پرتاب سایر ذرات باردار از پروتون و اندازه‌گیری انحرافات است. راه دیگر، بررسی نحوه تاثیر بار پروتون روی رفتار الکترون در حال چرخش اطراف یک اتم هیدروژن است که تنها شامل یک پروتون و الکترون می‌شود. تفاوت انرژی بین مدارهای مختلف نتیجه شعاع بار پروتون است.

اگر یک الکترون از یک مدار به مدار دیگری منتقل شود، فوتونی با انرژی متناسب با آن ساطع کرده یا جذب می‌کند. دانشمندان فوتون را اندازه‌گیری کرده و می‌توانند به سراغ اختلاف انرژی بروند و در نهایت شعاع بار پروتون را اندازه‌گیری کنند.

در این میان فیزیکدانان یک کار عجیب انجام داده‌اند. آن‌‌ها الکترون را با یک معادل سنگین‌تر و تا حدودی ناپایدارتر یعنی «میون» جایگزین کردند. طبق دانسته‌های ما از فیزیک، میون باید عملکردی مشابه با الکترون داشته باشد با این تفاوت که سنگین‌تر است، بنابراین اگر بتوانید میون در حال چرخش اطراف پروتون را برای مدت کوتاهی قبل از محو شدن اندازه‌گیری کنید، باید بتوانید همان مقدار را برای شعاع بار پروتون تولید کنید.

اندازه‌گیری‌های انجام شده تفاوت‌های زیادی با یکدیگر دارند و این اختلاف از خطاهای عادی در آزمایش‌ها بیشتر هستند. حالا در پژوهش جدید، آزمایش‌های قبلی بهبود پیدا کرده است. فیزیکدانان یک انتقال مداری خاص درون هیدروژن استاندارد متشکل از یک الکترون و پروتون را اندازه‌گیری کردند.

برای شروع دمای هیدروژن با عبور از یک نازل فلزی بسیار سرد به سمت یک محفظه خلاء کاهش پیدا کرد. با این کار تاثیرات نویز حرارتی در اندازه‌گیری‌ها محدود می‌شود.

بهبود دوم در پژوهش اخیر مربوط به کار روی بخش فرابنفش طیف می‌شود چرا که طول موج کوتاه‌تر بهبود دقت را در پی دارد. فیزیکدانان طول موج فوتون‌های ساطع شده توسط اتم‌های هیدروژن را با استفاده از « شانه فرکانس» اندازه‌گیری کردند که فوتون‌ها را در فاصله‌های مساوی تولید می‌کند. نتیجه این اقدامات اندازه‌گیری انتقال مداری با ۲۰ برابر دقت بالاتر نسبت به گذشته بود.

اختلاف نتیجه میان روش جدید و استفاده از میون بجای الکترون بسیار نزدیک است، با این حال همچنان نمی‌توان چنین نتایجی را بدون عیب دانست. با وجود چنین موضوعی، روش جدید نشان می‌دهد که یک گام به اندازه‌گیری ابعاد پروتون نزدیکتر شده‌ایم.