Mai poate ascunde mistere protonul? Nu ştim oare totul despre el? Se pare că nu, din moment ce experimente efectuate cu metode diverse pentru a-i măsura raza dau rezultate diverse. Este eroare experimentală sau e vorba de o „nouă fizică”?
Ascunde raza protonului misterul materiei întunecate?
Protonul, împreună cu neutronul, este parte constituentă a nucleelor atomilor tuturor elementelor pe care le cunoaştem. Există atomi care au un singur proton în nucleu (hidrogenul) şi altele care au circa 100! Ştim la ora actuală că protonii sunt alcătuiţi la rândul lor din quarkuri – particule fundamentale în cadrul modelului standard al fizicii particulelor elementare. Protonul conţine trei quarkuri de valenţă (două quarkuri „up” şi un quark „down”).
Mai ştim că, tot în cadrul acestui model, protonii sunt stabili – nu se dezintegrează în alte particule. În cadrul altor teorii însă, cum ar fi cele supersimetrice, protonii ar putea avea un timp de viaţa limitat – şi s-ar putea la rândul lor dezintegra, având o viaţă însă extrem de lungă. La oră actuală diverse experimente încearcă să măsoare o eventuală dezintegrare a unui proton (fără succes deocamdată). Ce altceva mai ştim? Cunoaștem foarte bine raza protonului: 0.84087 femtometri (1 femtometru reprezintă un zero virgulă 14 de zero urmat de un unu metri! – un număr extrem de mic). Hmmmm... se pare însă că această ultimă informaţie nu este exactă!
De fapt credeam că raza protonului este numărul amintit anterior: un nou experiment însă a măsurat o rază mai mică cu 4%. Cui îi păsa? La urma urmei 4% este foarte puţin, nu-i aşa?
În fizică însă chiar şi o diferenţă de unu la mie poate reprezenta ceva nou şi extrem de interesant!
4% din punct de vedere al fizicii este foarte important: dacă metode de măsurare a razei protonului dau rezultate diferite, înseamnă că ceva nu este în regulă. Ori este vorba de o eroare experimentală, ori despre noi efecte care nu au fost luate în considerare. Acest al doilea caz ar putea reprezenta o revoluţie: o nouă fizică, cum ar fi cea legată de materia întunecată!
Cum s-a măsurat raza protonului? Până în prezent metodele folosite erau împrăştieri de fascicule de electroni pe ţinte de hidrogen (nucleul hidrogenului fiind un proton) sau spectroscopia cu ajutorul laserului a atomilor de hidrogen. În acest al doilea caz nivelele energetice ale atomilor depind de raza protonului, deci era posibil de calculat acest parametru în urmă determinării foarte precise a energiei nivelelor.
Noul experiment care găseşte un rezultat surprinzător a fost efectuat cu ajutorul miuonilor, particule cu masă de circa 200 de ori mai mare că cea a electronului, cu sarcina electrică negativă şi care erau „obligate” să genereze atomi exotici: hidrogenul miuonic, în cadrul unui experiment efectuat la Institutul PSI , lângă Zurich. Nivelele energetice ale atomului exotic depind de raza protonului; cum însă miuonul are masă mai mare ca cea a electronului reuşeşte să se apropie mai mult de proton şi să măsoare cu o sensibilitate foarte mare raza acestuia.
Nu mică a fost mirarea grupului de la PSI când au găsit o valoare pentru raza protonului mai mică decât cea măsurată anterior.
La oră actuală diverse grupuri încearcă să refacă măsurătorile: atât cele cu împrăştieri de fascicule de electroni pe ţinte de hidrogen, cât şi cea cu atomii miuonici. Ce variantă avem?
Dacă se va descoperi că s-a strecurat o eroare pe undeva vom elimina rezultatul „greşit” şi vom rămâne cu valoarea razei găsite.
Dacă însă diferenţa va continuă să persiste atunci va trebui să înţelegem ce anume o determină: ce anume ne învăţa această diferenţa?
Este posibil să se strecoare efecte până acum necunoscute în atomii miuonici? Dacă da, ce fel de efecte? Noi particule care se creează pentru fracţiuni de secundă (particule virtuale) pot să influenţeze măsurătoarea? Dacă da, ce gen de particule?
Întrebări la care nu avem deocamdată un răspuns; în următorii ani însă acest mister va fi cu dezlegat şi vom afla dacă am pus mâna pe o „nouă fizică” cu ajutorul atomilor exotici sau dacă diferenţa de 4% este datorată unor erori.