Новое измерение дает меньший радиус протона

Используя первый метод в полвека для измерения размера протона через рассеяние электрона, Прад сотрудничестве выпустила новое значение для радиуса протона в эксперименте, проведенном на кафедре национальных энергетических объектов Томаса Джефферсона ускорителя.

В результате, недавно опубликованной в журнале Nature, является одним из наиболее точных, измеряемых с рассеянием электронов и экспериментов. Новое значение для радиуса протона, который был получен-это 0.831 ФМ, что меньше, чем в предыдущем рассеянием электронов значение 0.88 FM и находится в согласии с недавними мюонного результаты атомной спектроскопии.

«Мы рады, что годы упорной работы наше сотрудничество подходит к концу с хорошим результатом, которая поможет критически к решению так называемого протонного радиуса головоломки», — говорит Ашот Гаспарян, профессор Университета Северной Каролины государственного университета и эксперимента пресс-секретарь.

Вся видимая материя во Вселенной построено на облаке из трех кварков связаны с мощной силой энергии. Вездесущие Протон, который сидит в сердце каждого атома, было предметом многочисленных исследований и экспериментов, направленных на выявление свои секреты. Однако, неожиданный результат эксперимента, чтобы измерить размер этого облака, с точки зрения его среднеквадратичного зарядового радиуса, и Организации атомной и ядерной физики в бурной деятельности, чтобы пересмотреть этот основной объем протона.

До 2010 года наиболее точное измерение радиуса протона пришли из двух разных экспериментальных методов. В электронно-экспериментов по рассеянию электронов стреляли в протоны, и зарядовый радиус протона определяется изменение траектории электронов после того, как они отскакивают, или разброс от протонов. При измерении атомной спектроскопии, переходы между уровнями энергии электронов наблюдается (в виде фотонов, которые испускает электронов) вокруг небольшого ядра. Ядра, что, как правило, наблюдаются включают водород (один протон) или дейтерия (Протон и нейтрон). Эти два различных метода Дали радиусе около 0,88 femtometers.

В 2010 году, атомной физики объявили результаты нового метода. Они измерили перехода между уровнями энергии электронов на орбите вокруг искусственных атомов водорода заменены на орбите электрона в мюон вращается гораздо ближе к протону и более чувствителен к радиусу заряда Протона. Этот результат дало то, что на 4% меньше, чем раньше, примерно 0.84 femtometers.

В 2012 году сотрудничество ученых во главе с Гаспарян собрались в Лаборатории Джефферсона, чтобы обновить рассеянием электронов методов в надежде получения нового и более точного измерения зарядового радиуса протона будет. Эксперимент Прад был отдан приоритет как один из первых экспериментов брать данные и полный его запуск после модернизации непрерывного электронного пучка ускорителя, пользователь объекта ДОУ в области ядерной физики. В эксперименте приняли электронов-рассеяние данных в экспериментальной Лаборатории Джефферсона зала в 2016 году.

«Когда мы начинали этот эксперимент, люди ищут ответы. Но чтобы сделать еще один электрон-протонного рассеяния эксперимент, многие скептики не верили, что мы могли бы сделать что-то новое», — говорит Гаспарян. «Если вы хотите придумать что-то новое, Вы должны придумать какой-то новый инструмент, новый метод. И мы сделали это-мы проделали эксперимент, который полностью отличается от других электронов-рассеяние экспериментов».

Сотрудничество учредил три новые технологии для того чтобы улучшить точность новых измерений. Первым было внедрение нового типа без окон целевой системы, который финансируется Национальным научным фондом крупных исследовательских приборов Гранта и была в значительной степени разработана, изготовлена и эксплуатируется целевой группы Лаборатории Джефферсона.

Безоконный целевой потекли охлажденного газообразного водорода прямо в поток CEBAF на 1.1 и 2.2 ГэВ ускоренных электронов и позволил рассеянные электроны двигаться почти беспрепятственно в детекторы.

«Когда мы говорим, безоконный, мы говорим, что трубка открыта для вакуумного ускорителя. Который выглядит как окно, но в электронно-рассеяния, окна металлическую крышку на конце трубки, и они были удалены», — говорит Dipangkar Дутта, эксперимент совместной пресс-секретарь и профессор в Университете штата Миссисипи.

«Это впервые, что люди на самом деле поставить газовый поток целевых на частей в лаборатории им. Джефферсона», — говорит Гао Хайянь, эксперимент совместной пресс-секретаря и Генри Ньюсон профессор в Университете Дьюка. «Пылесос хороший, так что мы могли бы иметь пучок электронов переживает наша цель, чтобы сделать эксперимент, и мы на самом деле дыра в подъезде фольгу и еще на выходе фольгой. По существу, луч просто прошел непосредственно в водород, не видя ни одного окна.»

Следующим важным отличием было использование калориметра, нежели традиционно используется магнитный спектрометр для обнаружения рассеянных электронов, в результате чего из входящего электронов поражает протонов водорода или электронов. На модифицированном гибриде калориметра HyCal измеряемых энергий и позиции рассеянных электронов, в то время как недавно построенный газовый электронный умножитель, датчик самоцвета, также обнаружены позиции электронов с еще более высокой точностью.

Данные из обоих детекторов потом сравнивали в реальном времени, что позволило ядерной физики для классификации каждого события как электрон-электронного рассеяния и электрон-протонного рассеяния. Этот новый способ классификации событий позволило физиков-ядерщиков, чтобы нормализовать электрон-протонного рассеяния данных в электрон-электронного рассеяния данных, что значительно снижает экспериментальных погрешностей и повышение точности.

Последнее крупное усовершенствование было размещение этих детекторов очень близко в угловом расстоянии от места, где пучок электронов ударил водородной мишени. Сотрудничество удалось сделать это расстояние менее, чем на один градус.

«В рассеяние электронов, в целях извлечения радиус, мы должны идти в качестве небольшой угол рассеяния, как это возможно», — говорит Датта. «Чтобы получить радиус протона, вам нужно экстраполировать до нулевого угла, который вы не сможете получить доступ в эксперименте. Так, чем ближе к нулю, вы можете получить, тем лучше».

«Регион, который мы исследовали в такой угол и такие маленькие четырех-импульса в квадрате, что это никогда не было достигнуто раньше в электрон-протонного рассеяния», — добавляет Махбуба Khandaker, эксперимент совместной пресс-секретаря и профессора в Университет штата Айдахо.

Коллаборационисты говорят результат является уникальным, поскольку в нем используется новая техника через рассеянием электронов и определить радиус заряда Протона. Теперь они с нетерпением ждут сравнивая результат в Нью-спектроскопического определения радиуса протона и электрона предстоящих — и мюонного рассеяния измерений, которые проводятся по всему миру.

Далее, этот результат также проливает новый свет на гипотезе новую силу природы, которая была предложена, когда Протона радиус первой загадки всплыла.

«Когда начальный Протон-головоломка радиус вышла в 2010 году, была надежда, что, может быть, мы нашли пятую силу природы, что эта сила действует по-разному между электронами и мюонами», — говорит Датта. «Но эксперимент Прад, кажется, закрыл дверь на такую возможность».

Говорят, следующий шаг-рассмотреть вопрос о проведении дальнейших исследований, используя этот новый экспериментальный метод для достижения еще более высокой точности измерения по данной и смежным темам, таким как радиус дейтрона, ядра дейтерия.

«Существует очень хороший шанс, мы можем улучшить наши измерения в два или может быть даже больше», — говорит Гао.

сделать разницу: спонсорские возможности