i

Aktuální číslo:

2020/10

Téma měsíce:

Hry

Záhada „zmenšujícího se“ protonu

 |  6. 4. 2020
 |  Vesmír 99, 228, 2020/4

Rozměr protonu patřil až do roku 2010 k údajům, o kterých se příliš nepochybovalo. Shodovaly se na něm různé experimenty, všechny vedly k poloměru 0,8751 femtometru.1) Pak ale výsledky z Ústavu Paula Scherrera ve Švýcarsku tuto jistotu nahlodaly nově naměřenou hodnotou 0,84184 fm – rozdíl výrazně za hranicí předpokládané experimentální chyby. Nesoulad mohl být vysvětlen i našim nedostatečným pochopením interakcí mezi elementárními částicemi, což vedlo k jistému vzrušení mezi atomovými fyziky. Zdá se ale, že pomalu směřujeme k novému konsenzu pro rozměr protonu a učebnice fyziky se (zatím) přepisovat nebudou.

Velikost protonu se dá změřit dvěma způsoby. Přímočaře rozměr částic zjistíme pomocí srážek s jinou částicí: proton si můžeme „osahat“ třeba pomocí srážek s elektrony, kdy sledujeme, jak proton změní jejich dráhu. Srážkami (s jinými atomovými jádry) zkoumal atomová jádra už Ernest Rutherford na začátku 20. století. Jiný způsob vychází z měření rozdílu mezi energetickými hladinami v atomu vodíku. Připomeňme, že v rámci kvantového pohledu na svět neobíhá elektron kolem jádra, ale vyskytuje se v jakémsi oblaku obklopujícím atomové jádro. Je tedy nenulová šance, že se objeví přímo v atomovém jádru. Pokud se elektron ocitne „uvnitř“ protonu, cítí menší přitažlivou sílu, než odpovídá Coulombovu zákonu, a energetické hladiny se drobně posunou. Drobně proto, že jádro je asi stotisíckrát menší než atom. Jak srážkové, tak spektroskopické experimenty směřovaly konzistentně k poloměru protonu právě kolem hodnoty 0,88 fm.

„Není zatím jasné, co bylo na předchozích experimentech špatně. Ale aspoň prozatím může práce na nové fyzice elektromagnetických sil ustat.“

Spektroskopická měření musí být mimořádně citlivá, protože posuny hladin jsou díky malému rozměru protonu zcela minimální (více v rámečku Atom vodíku a Lambův posun). Tým z Ústavu Paula Scherrera ale dokázal přesnost vylepšit mazaným způsobem.2) Měření prováděli s exotickou formou atomu vodíku, v němž roli elektronu hrál mion. To je takový bratranec elektronu se stejným nábojem, ale asi dvousetnásobnou hmotností. I když je mion nestabilní a žije pouze několik mikrosekund, dají se s ním připravit „atomy“. Kromě rozdílné hmotnosti se mion chová úplně přesně jako elektron. Díky vyšší hmotnosti se vyskytuje daleko častěji v prostoru protonu – průměrná vzdálenost od jádra je dvěstěkrát menší – a pozorovaný posun hladin je mnohem výraznější. Poloměr protonu z tohoto experimentu vyšel ale podstatně menší než z pokusů předchozích.

Nyní vidíte 35 % článku. Co dál:

Jsem předplatitel, mám plný přístup
Jsem návštěvník
Chci si přečíst celé číslo
Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru. Více o předplatném
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Částicová fyzika, Fyzika

O autorovi

Petr Slavíček

Prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D., (*1976) vystudoval PřF UK v Praze. V Ústavu fyzikální chemie VŠCHT v Praze se zabývá teoretickou chemií, radiační chemií a fotochemií. Od r. 2007 je členem redakční rady Vesmíru. S Ivonou Malijevskou napsal knihu „Záhady, klíče, zajímavosti očima fyzikální chemie“ (2013). Roku 2016 dostal cenu Neuron. Od r. 2017 je členem Učené společnosti ČR.
Slavíček Petr

Doporučujeme

Lekce z pandemie

Lekce z pandemie

Eva Bobůrková  |  5. 10. 2020
Když se objevila zpráva, že pražský taxikář, hospitalizovaný v těžkém stavu s nemocí covid-19, dostal jako první pacient v Česku nový...
Hry a lidé

Hry a lidé

Martin Soukup  |  5. 10. 2020
Hra a hraní je základem každé kultury. Přesněji řečeno, hra kulturu předchází. Jak si hrají lidé neznalí písma, jak si osvojují fotbal či kriket,...
Nahlédnout mořským prvokům pod pokličku

Nahlédnout mořským prvokům pod pokličku uzamčeno

Sepsat výsledky pětiletého výzkumu 113 vědců z 53 laboratoří a 14 zemí světa znamenalo vytvořit uživatelskou příručku pro genetickou manipulaci...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné