فیزیک کمی خراب است ، اما هنوز کاملا درست نیست


بزرگنمایی / یکی از روشهای اندازه گیری شعاع بار پروتون ، جستن چیزی از روی آن است (براکت به اندازه پروتون فقط با استعاره قابل دسترسی است).

پروتون چقدر بزرگ است؟ به نظر نمی رسد این یک سوال خیلی پیچیده باشد ، اما معلوم شد که این پتانسیل برای از بین بردن بسیاری از فیزیک های مدرن را دارد. دلیل این امر آنست که روشهای مختلف اندازه گیری شعاع بار پروتون نتایج متناقضی را به وجود آورد – و نه فقط چند مورد: پاسخها چهار انحراف استاندارد بودند. اما اکنون ، یک اندازه گیری جدید و بالقوه بهبود یافته ، آنها را بسیار نزدیک تر به توافق می کند ، هرچند کاملاً نزدیک نیست ، بنابراین ما می توانیم مشکل را حل شده بدانیم.

به نظر می رسد ما مشکلی داریم

روشهای مختلفی برای اندازه گیری شعاع بار پروتون وجود دارد. یکی دفع ذرات باردار دیگر از پروتون و اندازه گیری اندازه آن بر اساس انحراف آنها است. مطالعه چگونگی تأثیر بار پروتون بر رفتار الکترون در حال چرخش در اطراف آن در یک اتم هیدروژن ، که تنها از یک پروتون و یک الکترون تشکیل شده است ، موضوع دیگری است. تفاوت دقیق انرژی بین اوربیتالهای مختلف ، محصول شعاع بار پروتون است. و اگر الکترون از مداری به مدار دیگر منتقل شود ، فوتونی با انرژی متناسب با این اختلاف ساطع می کند (یا جذب می کند). فوتون را اندازه بگیرید و می توانید به اختلاف انرژی و در نتیجه شعاع شارژ پروتون بازگردید.

(طول موج واقعی هم به شعاع بار و هم به ثابت فیزیکی بستگی دارد ، بنابراین در واقع شما باید طول موج دو انتقال را اندازه بگیرید تا مقادیر شعاع بار و ثابت فیزیکی را بدست آورید. اما برای اهداف در این مقاله ما فقط بر روی یک اندازه گیری تمرکز خواهیم کرد.)

به نظر می رسد که توافق نادرست بین این دو روش ، فیزیک را در شکل خوبی قرار داده است. اما سپس فیزیکدانان رفتند و کاری خنده دار انجام دادند: آنها الکترون را با معادل سنگین تر و تا حدودی ناپایدار آن یعنی میون جایگزین کردند. طبق آنچه ما از فیزیک می فهمیم ، میون باید دقیقاً مانند الکترون رفتار کند ، به جز تفاوت جرم. بنابراین ، اگر می توانید میون را که قبل از فروپاشی پروتون در مدار کوتاه اندازه گیری می کند ، اندازه گیری کنید ، باید بتوانید همان مقدار را برای شعاع بار پروتون تولید کنید.

طبیعتاً ارزش متفاوتی تولید می کند. و تفاوت به اندازه کافی زیاد بود که یک خطای آزمایشی کوچک به سختی قابل شمارش است.

اگر اندازه گیری ها واقعاً متفاوت بودند ، این نشان دهنده وجود یک مشکل جدی در درک ما از فیزیک است. اگر میون و پروتون رفتار یکسانی نداشته باشند ، پس کرومودینامیک کوانتوم ، یک تئوری اساسی در فیزیک ، به طریقی برگشت ناپذیر مختل می شود. و وجود تئوری شکسته چیزی است که فیزیکدانان را بسیار به هیجان می آورد.

ترکیب فرکانس ها

کار جدید نسخه بسیار بهبود یافته آزمایشات گذشته است ، زیرا اندازه گیری یک انتقال خاص مداری به هیدروژن استاندارد متشکل از یک الکترون و یک پروتون است. برای شروع ، خود هیدروژن با عبور از یک نازل فلزی بسیار سرد در مسیر رسیدن به ظرف خلا که در آن اندازه گیری ها انجام شد ، به درجه حرارت بسیار کمی رسید. این اثر نویز حرارتی را در اندازه گیری ها محدود می کند.

بهبود دوم این است که محققان در نور ماورا بنفش کار کردند ، جایی که طول موج های کوتاه تر به بهبود دقت کمک می کند. آنها طول موج فوتونهای ساطع شده توسط اتمهای هیدروژن را با استفاده از یک شانه فرکانسی موسوم به سنجش اندازه گیری کردند ، که فوتونهایی را در سریهای طول موج با فاصله مساوی تولید می کند که کمی شبیه علامتهای خط کش هستند. همه اینها کمک کرد تا انتقال مداری با دقتی 20 برابر دقیق تر از تجربه قبلی تیم اندازه گیری شود.

و نتیجه ای که محققان به دست آوردند نیز با اندازه گیری های قبلی هیدروژن طبیعی متناقض است (البته اخیراً). و بسیار بسیار نزدیکتر به اندازه گیری های انجام شده با پروتون های میون می باشد. بنابراین ، از نظر مکانیک کوانتوم ، که دقیق است ، این خبر خوبی است.

ولی …

اما خبر خوبی نیست ، زیرا هر دو نتیجه هنوز از نوار خطا خارج شده اند. بخشی از مشکل این است که جرم اضافه شده میون باعث می شود که نوارهای خطا در این آزمایش ها بسیار ناچیز باشد. این امر باعث می شود که نتایج بدست آمده با یک الکترون معمولی بدون همپوشانی کامل با آنها بسیار دشوار باشد. و نویسندگان اذعان می کنند که این اختلافات به احتمال زیاد به دلیل خطاهایی که عدم قطعیت کافی برای امکان همپوشانی را گسترش می دهند ، گزارش نشده و با استناد به احتمال “اثرات سیستماتیک در یک (یا هر دو) از این اندازه گیری ها”.

بنابراین کار از نظر یافتن راه هایی برای افزایش دقت نتایج یک نقطه عطف مهم است و نتیجه نشان می دهد که کرومودینامیک کوانتوم احتمالاً خوب است. اما در واقع اختلاف را به طور کامل حل نمی کند ، بدین معنی که قبل از اینکه بتوانیم به راحتی نفس بکشیم کمی بیشتر به کار نیاز خواهیم داشت. که به اندازه کافی آزار دهنده است و توضیح می دهد که چرا علم تصمیم به انتشار مقاله ای در مورد شکرگذاری دارد در حالی که افراد کمتری توجه می کنند.

Science، 2020. DOI: 10.1126 / science.abc7776 (برای DOI).


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*