البروتونات أصغر

الصحافة السحابية العالمية MIT
الصحافة السحابية العالمية MIT

تظهر الأبحاث التي أجرتها جامعة بون وجامعة دارمشتات أن هناك أخطاء في تفسير القياسات القديمة. قبل بضع سنوات ، أظهرت تقنية قياس جديدة أن البروتونات ربما كانت أصغر مما كان يُفترض منذ التسعينيات. حير التناقض المجتمع العلمي.

حتى أن بعض الباحثين اعتقدوا أن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات بحاجة إلى التغيير. طور علماء الفيزياء في جامعة بون وجامعة دارمشتات التقنية طريقة تسمح لهم بتحليل نتائج التجارب القديمة والحديثة بشكل أكثر شمولاً من ذي قبل.

نتج عن هذا أيضًا نصف قطر بروتون أصغر من البيانات القديمة.

لذلك ، اتضح أنه بغض النظر عن طريقة القياس التي استندوا إليها ، فمن المحتمل ألا يكون هناك فرق بين القيم.

نُشرت الدراسة في مجلة Physical Review Letters.

كل ما نراه من حولنا هو الهواء الذي نتنفسه ، والنجوم في سماء الليل كلها مصنوعة من ذرات الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات.

الإلكترونات مشحونة سالبة. وفقًا للمعلومات المتاحة ، فهي أيضًا لا تتوسع. لديهم كتلة. تعتبر في فئة الجسيمات الأولية. ليس لديهم أي جزيئات فرعية. يمكننا أيضًا التعبير عنها على أنها تشبه النقاط.

تختلف البروتونات الموجبة الشحنة - وفقًا للقياسات الحالية ، يبلغ نصف قطرها 0,84 فيمتومتر (مقياس الفمتومتر يساوي واحد كوادريليون من المتر).

بروتون كواركات وغلونز x
يبلغ نصف قطر البروتون (الأحمر) 0.84 فيمتومتر (fm). يوضح الشكل أيضًا الكواركات الثلاثة التي تتكون منها البروتون والغلوونات التي تربطهم معًا. ائتمانات: د. يونغ هوي لين / جامعة بون

ومع ذلك ، حتى سنوات قليلة مضت ، كان يُعتقد أنها تساوي 0,88 فيمتومتر. كان اختلافًا بسيطًا سبب ضجة كبيرة بين الخبراء. لأنه لم يكن من السهل معرفة ذلك. حتى أن بعض الخبراء اعتقدوا أن هذا مؤشر على أن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات كان خاطئًا ويحتاج إلى التغيير.

أستاذ في معهد هيلمهولتز للإشعاع والفيزياء النووية ، جامعة بون. دكتور. يوضح Ulf Meißner: "ومع ذلك ، تُظهر تحليلاتنا أن هذا الاختلاف بين القيم المقاسة القديمة والحديثة ليس على الإطلاق". "بدلاً من ذلك ، كانت القيم القديمة عرضة لخطأ منهجي لم يتم التقليل من شأنه حتى الآن بشكل كبير."

لذلك يمكننا أن نقول مثل هذا. نظرًا لأننا لا نقيس أي شيء ، فقد يعتقد المرء أن هذا الالتباس حول قياس شيء صغير للغاية يجب أن يكون أمرًا طبيعيًا. لأن الجسيم هو لبنة بنائنا. بعد هذا الاستراحة القصيرة ، دعنا نعود إلى مقالتنا.

كيف يتم تحديد نصف قطر البروتون؟

لتحديد نصف قطر البروتون ، يمكن قصفه بحزمة من الإلكترونات في مسرعات الجسيمات.

عندما يصطدم إلكترون ببروتون ، كلاهما يغير اتجاه حركتهما.

يمكننا مقارنة هذا مع كرتين من البلياردو تصطدمان ببعضهما البعض. في الفيزياء ، تسمى هذه العملية بالانتثار المرن. يتم تناوله في موضوع الزخم. بالطبع ، يتم إجراء الحسابات في التصادمات التي تحدث في المواد التي يتم تناولها في مستوى المدرسة الثانوية من خلال مراعاة ميكانيكا نيوتن.

كلما زاد حجم البروتون ، كلما حدثت مثل هذه الاصطدامات. لذلك ، يمكن حساب توسعها من نوع وحجم التشتت.

كلما زادت سرعة الحزمة الإلكترونية ، زادت دقة القياسات. لكن هذا يزيد أيضًا من خطر تكوين الإلكترون والبروتون لجسيمات جديدة عندما يصطدمان. لأن الغرض هنا هو القياس على البروتون الموجود قبل تكوين جزيئات جديدة. ومن المعروف أيضًا أن البروتون يتكون من كواركات بنصف عمر. إنه ليس جسيمًا أساسيًا مثل الإلكترون.

تصادم مرن للإلكترون والبروتون

يشرح مايسنر ، الذي هو أيضًا عضو في مجالات البحث متعددة التخصصات "الرياضيات ونمذجة ومحاكاة الأنظمة المعقدة" و "اللبنات الأساسية للتفاعلات الأساسية": "في السرعات أو الطاقات العالية ، يحدث هذا أكثر فأكثر".

"في المقابل ، أصبحت أحداث التشتت المرن أكثر ندرة. لذلك ، تم استخدام بيانات المسرع فقط ، حيث تمتلك الإلكترونات طاقة منخفضة نسبيًا ، حتى الآن لقياسات حجم البروتون.

ومع ذلك ، من حيث المبدأ ، فإن الاصطدامات التي تنتج جسيمات أخرى توفر أيضًا معلومات مهمة حول شكل البروتون.

وينطبق الشيء نفسه على ظاهرة أخرى تحدث بسرعات عالية لشعاع الإلكترون. قد نطلق على هذا اسم إبادة الإلكترون والبوزيترون.

الأستاذ. يقول هامر: "لقد طورنا أساسًا نظريًا يمكن على أساسه استخدام مثل هذه الأحداث لحساب نصف قطر البروتون". "يتيح لنا ذلك حساب البيانات التي تم استبعادها حتى الآن."

باستخدام هذه الطريقة ، أعاد الفيزيائيون تحليل القراءات من التجارب السابقة والحديثة جدًا ، بما في ذلك تلك التي اقترحت سابقًا قيمة 0.88 فيمتومتر. ومع ذلك ، حقق الباحثون 0.84 فيمتومتر بطريقتهم.

هذا القياس هو نصف القطر الموجود أيضًا في القياسات الجديدة بناءً على منهجية مختلفة تمامًا.

لذا فإن البروتون في الواقع يبدو أصغر بنحو 1990٪ مما كان مفترضًا في التسعينيات والعقد الأول من القرن الحادي والعشرين. في الوقت نفسه ، تفتح طريقة الباحثين رؤى جديدة حول البنية الدقيقة للبروتونات وإخوتها المحايدة ، النيوترونات.

لذلك فهي تساعدنا على فهم بنية العالم من حولنا بشكل أفضل قليلاً. سنكون قادرين على فهم الهواء الذي نتنفسه وكوننا بشكل أفضل من الكرسي الذي نجلس عليه.

المصدر: رسائل مراجعة الفيزياء

Günceleme: 27/07/2022 13:54

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz