史上最も正確な陽子測定が標準モデルを「ロックイン」する

ドイツのマックス・プランク量子光学研究所（MPQ）の研究者らは、画期的な精度で陽子の半径を測定することに成功し、物理学者を悩ませてきた数十年にわたる論争に終止符を打った。

この発見はどんな新しいことをもたらすのでしょうか?

最近まで、 科学的 コミュニティはいわゆる 「陽子半径パズル」。異なる方法による測定では、陽子のサイズについて異なる結果が得られ、物理学の標準模型に対する信頼に亀裂が生じました。彼のチーム ローター マイゼンバッハー 陽子の電荷半径の新しい値が Nature 誌に発表されました。 0.840615 フェムトメートル (fm)。

それを理解するには 成功の大きさ、この測定値はおよそです 2.5倍の精度 原子状水素を使用したこれまでのどの試みよりも優れています。最も重要なことは何ですか？これにより、陽子がこれまで考えられていたよりも「小さい」ことが確認され、最終的に「電子」水素のデータと「イオン」水素のデータが一致しました。

測定を支えるテクノロジー

砂粒より何兆倍も小さいものをどうやって測定するのでしょうか? 「測る」は使いませんが、 ライト そして 周波数。

1. 高分解能水素分光法: 研究者らは、非常に洗練されたレーザー分光法技術を使用しました。彼らは水素原子をターゲットにし、電子があるエネルギー準位から別のエネルギー準位にジャンプする（特に遷移）のに必要な放射線の周波数を測定しました。 2S-6P）。
2. 周波数コム: マックス・プランク研究所の「秘密兵器」。 1つくらいです テクノロジー これにより、小数点以下 13 桁の精度で光の周波数を測定できます。これは、細分化が信じられないほど高密度である光の定規と考えてください。
3. 量子電気力学 (QED): 実験周波数と QED 理論の複雑な計算を組み合わせることで、科学者たちは陽子の半径を導き出すことができました。この方法は非常に敏感であるため、自然法則に少しでも逸脱があればすぐに発見されてしまうでしょう。

このテクノロジーはサイズを測定するだけではありません。それを支配する物理法則の安定性そのものをチェックします 宇宙。

なぜそれが私たちに関係するのでしょうか？

あなたはこう疑問に思うかもしれません: 「では、陽子の直径が0.84フェムトメートルであっても、0.88フェムトメートルであっても、私は何を気にするのでしょうか？」

答えは次のとおりです 未来のテクノロジー。

• GPS と個人用時計: GPS の精度とネットワーク同期は、基本的な物理定数に基づいています。これらの値が正確であればあるほど (同じく再定義されたリュードベリ定数など)、ナビゲーションおよび通信システムの精度も高くなります。
• 量子コンピューター: このような基本的なレベルで物質と光の相互作用を理解することは、安定した量子システムの開発にとって重要です。
• 新しい物理学: 研究によると、測定値が標準モデルと一致するという事実は、この規模では（現時点では）私たちを逃れる「異質な」力が存在しないことを意味します。これにより、新しい理論の分野が狭まり、物理学者は暗黒物質の謎を探るために他の場所を探すことを余儀なくされます。