Физики максимально точно рассчитали радиус атома гелия

Швейцарским физикам в ходе эксперимента, проведенного в Институте Пауля Шеррера, удалось значительно точнее, чем когда-либо раньше, измерить радиус ядра гелия. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature. Ученые уверены, что полученные данные помогут проверить фундаментальные физические константы и теории. Главное – теперь до минимума можно сузить число возможных объяснений для недавно открытых аномалий в размерах протона.

Гелий – второй по распространенности элемент во Вселенной после водорода. Около четверти атомных ядер, образовавшихся в первые несколько минут после Большого взрыва, были ядрами гелия. Каждое из них состоит из четырех строительных блоков: двух протонов и двух нейтронов.

До нового эксперимента ядра гелия изучались в рамках опытов с электронами. Теперь же физики использовали мюоны. Эти частицы в сотни раз тяжелее и вращаются вокруг ядер гелия на существенно более узких орбитах.

«Ранее аномалии в размерах протона связывали с «новой физикой» в поведении мюонов. Результаты нашей работы делают это предположение менее вероятным. Объяснения необычно малого радиуса этой частицы по-прежнему нет, но постепенно что-то начало проясняться», – рассказал руководитель исследования, сотрудник Института Пола Шеррера Франц Котман.

В итоге измерения с помощью мюонов получились в 5 раз точнее, чем все предыдущие. Радиус ядра составляет 1,67824 фемтометра.

Знать максимально точные размеры и структуры протонов, электронов, нейтронов и других элементарных частиц важно, потому что так ученые проверяют справедливость Стандартной модели. Это теория, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных науке элементарных частиц. Важны также и все отклонения от этой теории.