Радиус протона измерили по переходу 2S−8D атома водорода
Американские и российские физики сообщили о точном измерении частоты перехода 2S1/2−8D5/2 атома водорода. С помощью комбинации этого значения с известным значением для частоты перехода 1S1/2−2S1/2 того же атома физики вычислили зарядовый радиус протона, который составил 0,8584(51) фемтометра. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Атомное ядро на пять порядков меньше по размеру, чем орбиты кружащих вокруг него электронов. Этот факт долгое время не требовал учета конечности ядер, при построении атомных моделей и при интерпретации экспериментов с ними. Однако, рост точности спектроскопического эксперимента, идущий бок о бок с теоретической детализацией, позволил однажды «почувствовать» и сами ядра.
Этот процесс увенчался большой загадкой: 2010 году ученые из коллаборации CREMA, занимавшиеся спектроскопией мюонных атомов, сообщили, что измеренный ими радиус протона — сердцевины атома водорода — оказался равен 0,84 фемтометра, что отличается от общепринятого значения в 0,88 фемтометра. С этого момента физики, занимающиеся сверхточными измерениями и расчетами, начали активный поиск причин такого расхождения.
Со стороны эксперимента работа по большей части заключалась в перепроверке и уточнении результатов, полученных на разных переходах обычного атома водорода. К концу 2020 года данные большинства групп свидетельствовали в пользу мюонного значения радиуса протона. Тем не менее многие переходы атома водорода все еще ждали повторного измерения с помощью более совершенных экспериментальных техник.