Ssylka

Прорыв в расчетах гипертонкого расщепления

На базе Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab), использующего возможности CEBAF, группы g2p (Экспериментальный зал A) и EG4 (Экспериментальный зал B) провели измерения с использованием поляризованных протонных мишеней и пучков поляризованных электронов, что позволило объединить данные по внутренней структуре протона для уточнения гипертонкого расщепления водорода.
Прорыв в расчетах гипертонкого расщепления
Изображение носит иллюстративный характер

Гипертонкое расщепление – незначительное изменение энергетического уровня водорода, возникающее из-за различий в расположении спинов электрона и протона. При антипараллельном расположении спинов система находится в состоянии минимальной энергии, а при параллельном – энергия возрастает. С 1930-х годов экспериментальные измерения достигли высокой точности, что вынудило отметить: «Наше теоретическое понимание этого явления в миллион раз хуже уровня экспериментальных измерений».

Сложность теоретических расчётов объясняется композитной природой протона, состоящего из кварков и глюонов. В отличие от фундаментального электрона, протон требует детального анализа вклада каждого кварка в формирование общего спина, что существенно усложняет описание гипертонкого расщепления.

В экспериментах, проводимых в залах A и B, использовались поляризованные пучки электронов, взаимодействовавшие с протонными мишенями, поляризованными в разных направлениях. Группа g2p использовала поперечную поляризацию мишеней, в то время как группа EG4 применила продольную поляризацию относительно направления пучка, что позволило зафиксировать различные аспекты спиновой структуры протона.

Объединение данных двух экспериментов стало редким событием в исследовательской практике Jefferson Lab. Александр Дё, сотрудник EG4, отметил: «Это было удачное стечение обстоятельств», поскольку синтез комплементарных данных позволил сократить неопределённость расчётов гипертонкого расщепления, связанную с внутренней структурой протона, вдвое. Результаты анализа были опубликованы в журнале Physics Letters B, став значимым вкладом в атомную и ядерную физику.

Непрерывное взаимодействие между экспериментаторами и теоретиками – Карлом Карлсоном, Франциской Хагельштейн и Владимиром Паскальсутой – сыграло важную роль в интерпретации данных. Дэвид Рут и Джян-Пинг Чен, ведущие специалисты эксперимента g2p, координировали усилия для согласования экспериментальных результатов с теоретическими моделями. Карл Слайфер из University of New Hampshire подчеркнул: «Вместе данные составили идеальное дополнение. Эта статья – результат бесчисленных часов и сотен усилий».

Теоретическая цель данного проекта заключается в обеспечении возможности точного расчёта гипертонкого расщепления водорода для атомных физиков. Изучение мюонного водорода, в котором мюон в 200 раз тяжелее электрона и располагается ближе к протону, повышает чувствительность измерений к его внутренней структуре. В 2010 году эксперимент в Paul Scherrer Institute (PSI) в Швейцарии показал, что радиус протона оказался меньше ожидаемого, что породило «протонную радиусную загадку». Александр Дё прокомментировал: «Это был большой сюрприз... они начали экспериментировать с мюонным водородом». PSI планирует новый эксперимент для точного измерения гипертонкого расщепления в мюонном водороде, опираясь на проведённый анализ.

Объединённый анализ внес вклад в уточнение значения Земах-радиуса протона, объединяющего зарядовой и магнитный радиусы, устраняя прежние разногласия между экспериментальными и теоретическими оценками. Новое значение позволяет глубже понять физические размеры протона и особенности его сложной структуры, как отметил Карл Слайфер: «Это новое значение дает нам лучшее понимание физических размеров протона и его запутанной составной структуры». Запланированы дальнейшие эксперименты в Jefferson Lab с участием теоретиков и международных партнеров, что обещает расширить возможности исследования атомной структуры.


Новое на сайте

16953Обречена ли вселенная на коллапс через 10 миллиардов лет? 16952Новая забастовка усугубляет репутационный кризис Boeing 16951Хорнелундское золото: неразгаданная тайна викингов 16950Физический движок в голове: как мозг разделяет твердые предметы и текучие вещества 16949Скрыты ли в нашей днк ключи к лечению ожирения и последствий инсульта? 16948Почему символ американской свободы был приговорен к уничтожению? 16947Рукотворное убежище для исчезающих амфибий 16946Какую тайну хранит жестокая жизнь и загадочная смерть сестер каменного века? 16945Скрывает ли Плутон экваториальный пояс из гигантских ледяных клинков? 16944Взгляд на зарю вселенной телескопом Джеймса Уэбба 16943От сада чудес до протеина из атмосферы 16942Кратковременный сон наяву: научное объяснение пустоты в мыслях 16941Спутники Starlink создают непреднамеренную угрозу для радиоастрономии 16940Аутентификационная чума: бэкдор Plague год оставался невидимым