МОСКВА, 27 ноя —. Германские физики при помощи новой технологии спектроскопии частотной гребенки экспериментально обусловили размер ядра атома водорода с точностью до 13 символов опосля запятой. Это вдвое поточнее, чем все прошлые измерения. Значимость открытия состоит в том, что оно снимает противоречия меж различием в измерениях в мюонном и обыкновенном водороде. Результаты размещены в журнальчике Science.Физика — четкая наука. Все вычисления в ней построены на значениях базисных величин, одна из которых — размер протона — простой частички, образующей ядро водорода, самого обычного и самого всераспространенного элемента во Вселенной.Атом водорода состоит из 1-го протона и 1-го электрона. Электрон в атоме водорода, как молвят физики, «ощущает» размер протона, что отражается в малых сдвигах уровней его энергии.
В течение почти всех десятилетий бессчетные измерения водорода давали неизменный радиус протона. Но спектроскопические исследования так именуемого мюонного водорода, в каком электрон был заменен его в 200 раз наиболее томным двойником — мюоном, дали значение радиуса протона на четыре процента меньше, чем у обыденного водорода. Это противоречит теории квантовой электродинамики, в согласовании с которой радиусы протона в мюонном и обыкновенном водороде должны быть схожими.
Ученым из Института квантовой оптики Макса Планка удалось решить загадку радиуса протона, измерив его при помощи отмеченного в 2018 году Нобелевской премией способа генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов, который еще именуют техникой частотной гребенки.Исследователи в первый раз применили его модификацию — бездоплеровскую двухфотонную частотную гребенчатую спектроскопию высочайшего разрешения — для возбуждения атомов водорода. Приобретенное ими значение оказалось в два раза поточнее всех прошлых: 0,8482 фемтометров, либо 10-15 метров. Оно поближе к наименьшему радиусу, приобретенному при оценке энергетического перехода в мюонном водороде. © Alexey Grinin et al., 2020Радиусы протона, приобретенные в прошлых (черным) и данном (зеленоватым) исследовательских работах. Радиус мюонного водорода отмечен розовой полосой© Alexey Grinin et al., 2020Радиусы протона, приобретенные в прошлых (черным) и данном (зеленоватым) исследовательских работах. Радиус мюонного водорода отмечен розовой полосойХотя этот экзотичный атом может существовать весьма куцее время — две миллионные толики секунды, — он наиболее «чувствителен» к радиусу протона и имеет меньшие ошибки измерения.
Создатели отмечают, что оценка справедливости квантовой электродинамики вероятны лишь при сопоставлении нескольких независящих измерений. Если теория и ее применение верны и все опыты проводятся верно, значения радиуса протона должны согласовываться вместе в границах экспериментальной неопределенности. Загадка радиуса протона — существенное расхождение меж данными, приобретенными с мюонным водородом и обыденным атомарным водородом, ставило под колебание саму теорию квантовой электродинамики. Сейчас понятно, что дело не в теории — неувязка носила быстрее экспериментальный, чем базовый нрав.Фуррор способа спектроскопии частотной гребенки в данном опыте, по воззрению создателей, открывает путь для новейших исследовательских работ. До сего времени прецизионная спектроскопия водорода и остальных атомов и молекул производилась только при помощи лазеров непрерывного деяния. Используя лазеры сверхкоротких импульсов, можно просачиваться в еще наиболее недлинные длины волн прямо до последнего ультрафиолетового спектра, что дозволит значительно повысить точность измерений.
Источник: