معمای جدید دنیای فیزیک
ذره پروتون در حال آب رفتن است؟
یک تیم بین‌المللی از دانشمندان با اندازه‌گیری دقیق پروتون دریافتند که این ذره در حال کوچکتر شدن است.
این محققان پی بردند که قطر این ذره 0.84087 فمتومتر بوده که حدود چهار درصد کوچکتر از قطر پذیرفته شده 0.8768 فمتومتر است.
هر فمتومتر برابر با یک میلیارد میلیاردم متر بوده که برای نمایش کوچک بودن آن باید گفت که طول موج پرتو گاما 100 برابر طولانی‌تر است.
اگراین اندازه کوچکتر درست باشد، باید مشکلی در درک فیزیکدانان از الکترودینامیک کوانتومی وجود داشته باشد که چگونگی تعامل نور و ماده را کنترل می‌کند.
به گفته دانشمندان، این تفاوت می‌تواند به معنی سه چیز باشد. اول اینکه در کار اولیه اشتباهی وجود داشته است که البته احتمال آن به دلیل تکرار آزمایشات مختلف بسیار کم است.
احتمال دوم این است که بخشی از محاسبات اندازه پروتون گم شده باشد.
توضیح سوم این است که نظریه‌های کنونی الکترودینامیک کوانتومی غلط باشند، اگرچه احتمال آن بدلیل اینکه تاکنون این نظریات بخوبی کار کرده و به کرات آزمایش شده، بسیار کم است.
این اولین بار نیست که چنین اختلافی در نتایج بوجود آمده است. در سال 2010 نیز محققان موسسه مکس‌پلانک دریافتند که شعاع پروتون بنظر 0.84185 فمتومتر است.
محققان برای اندازه گیری اندازه پروتون از سه شیوه استفاده کرده‌اند. یکی از آنها پراکندگی الکترون است که در آن الکترونهای بار منفی به پروتون شلیک شده و انحراف آنها اندازه‌گیری می‌شود. این الگوی پراکندگی می‌تواند بزرگی ناحیه بار مثبت را نشان دهد.
در شیوه دوم، انرژی مورد نیاز برای حرکت دادن الکترون به مناطق مداری مختلف در اطراف یک هسته اندازه‌گیری می‌شود. الکترونها معمولا در مناطقی که از مسافت خاصی با هسته برخوردارند، باقی می‌مانند. افزایش انرژی آنها باعث حرکت شدید این ذرات و حرکت آنها به یک ناحیه متفاوت موسوم به مداری می‌شود. الکترونها سپس به حالت اولیه خود بازگشته و یک فوتون منتشر می‌کنند. با اندازه گیری دقیق میزان انرژی مورد نیاز برای حرکت یک الکترون از یک مدار به مدار پرانرژی‌تر و طول موج فوتون می‌توان اندازه پروتون را برآورد کرد.
شیوه آخر که در آخرین مجموعه از تجربیات مورد استفاده قرار گرفته، شامل هیدروژن موآنی بوده که از یک پروتون و یک موآن بجای الکترون برخوردار است. موآنها مانند الکترونها از بار منفی برخوردارند اما وزن آنها 2.7 برابر بیشتر است. این امر به معنی امکان حرکت نزدیکتر آنها به پروتون و همچنین نیاز به انرژی بیشتر برای حرکت آنها به مداری‌های پرانرژی است. انرژی بیشتر باعث تسهیل در اندازه‌گیری آنها می‌شود. مانند شیوه قبلی، یک لیزر به هیدروژن موآنی تابیده شده و موآن به مداری متفاوتی حرکت داده می‌شود که با بازگشت به حالت اولیه یک فوتون پرتو ایکس منتشر می‌کند.
دو شیوه اول که برای دهه‌های متوالی مورد استفاده بودند، به نتایجی با ارزشهای بالاتر برای شعاع پروتون دست می‌یافتند. اما شیوه آخر که از عدم قطعیت کمتری برخوردار بوده، میزان کمتری را محاسبه کرده است. اگرچه این محاسبات بسیار پیچیده‌تر از انواع دیگر هستند.
محققان نه تنها آزمایش هیدروژن موآنی را دوباره تکرار کردند بلکه اقداماتی را برای یک سنجش دقیقتر نیز انجام دادند اما این تفاوت باقیمانده است و محققان معتقدند که شاید چیزی در ساختار پروتون باشد که تنها با موآن برجسته‌تر می‌شود.
از این رو این مسأله به شکل یک معما در آمده‌است. به گفته کارشناسان، الکترومکانیک کوانتومی عاری از اشتباه بوده و اشتباه بودن کل آزمایشات اولیه به دلیل چند مشکل کوچک قابل قبول نیست./ایسنا
