Fisikawan Lebih Dekat untuk Mengetahui Ukuran Proton… Semacam


Seberapa besar sebuah proton? Itu mungkin terdengar seperti pertanyaan yang cukup sederhana, tetapi ternyata memiliki potensi untuk menghancurkan banyak fisika modern. Itu karena metode yang berbeda untuk mengukur jari-jari muatan proton menghasilkan hasil yang tidak sesuai — dan tidak hanya sedikit. Jawabannya terpisah empat deviasi standar. Namun sekarang, pengukuran yang baru dan lebih baik membawa mereka ke dalam keselarasan yang lebih dekat — meskipun tidak cukup dekat sehingga kami dapat mempertimbangkan masalah tersebut diselesaikan.

ARS TECHNICA

Artikel ini awalnya muncul di Ars Technica, sumber tepercaya untuk berita teknologi, analisis kebijakan teknologi, ulasan, dan banyak lagi. Ars dimiliki oleh perusahaan induk WIRED, Condé Nast.

Ada beberapa cara berbeda untuk mengukur radius muatan proton. Salah satunya adalah memantulkan partikel bermuatan lain dari proton dan menyimpulkan ukurannya dengan mengukur defleksi. Cara lainnya adalah dengan melihat bagaimana muatan proton mempengaruhi perilaku elektron yang mengorbitnya dalam atom hidrogen, yang hanya terdiri dari satu proton dan elektron. Perbedaan energi antara orbital yang berbeda adalah hasil kali jari-jari muatan proton. Dan, jika sebuah elektron bertransisi dari satu orbital ke orbital lainnya, ia akan memancarkan (atau menyerap) foton dengan energi yang sesuai dengan perbedaan tersebut. Ukur foton dan Anda dapat bekerja kembali ke perbedaan energi, dan dengan demikian jari-jari muatan proton.

(Panjang gelombang sebenarnya bergantung pada jari-jari muatan dan konstanta fisik, jadi Anda sebenarnya perlu mengukur panjang gelombang dari dua transisi untuk mendapatkan nilai jari-jari muatan dan konstanta fisik. Namun untuk keperluan artikel ini, kita akan fokus saja pada satu pengukuran.)

Kesepakatan kasar antara kedua metode ini dulu tampaknya meninggalkan fisika dalam kondisi yang baik. Tapi kemudian fisikawan pergi dan melakukan sesuatu yang lucu: Mereka mengganti elektron dengan muon yang lebih berat dan agak tidak stabil. Menurut pemahaman kita tentang fisika, muon seharusnya berperilaku seperti elektron kecuali perbedaan massanya. Jadi, jika Anda dapat mengukur muon yang mengorbit proton dalam kilatan waktu singkat sebelum meluruh, Anda seharusnya dapat menghasilkan nilai yang sama untuk radius muatan proton.

Secara alami, itu menghasilkan berbeda nilai. Dan perbedaannya cukup besar sehingga kesalahan eksperimental sederhana tidak mungkin diperhitungkan.

Jika pengukurannya benar-benar berbeda, maka itu mengindikasikan kesalahan serius dalam pemahaman kita tentang fisika. Jika muon dan elektron tidak berperilaku ekuivalen, maka kromodinamika kuantum, sebuah teori utama dalam fisika, pasti akan rusak dalam beberapa cara. Dan memiliki teori yang rusak adalah sesuatu yang membuat fisikawan sangat bersemangat.

Karya baru ini sebagian besar merupakan versi perbaikan dari eksperimen sebelumnya yang mengukur transisi orbital spesifik dalam hidrogen standar yang terdiri dari elektron dan proton. Pertama-tama, hidrogen itu sendiri dibawa ke suhu yang sangat rendah dengan melewatkannya melalui pipa logam yang sangat dingin dalam perjalanannya ke dalam wadah vakum tempat pengukuran dilakukan. Ini membatasi dampak kebisingan termal pada pengukuran.

Peningkatan kedua adalah para peneliti bekerja di bagian spektrum ultraviolet, di mana panjang gelombang yang lebih pendek membantu meningkatkan presisi. Mereka mengukur panjang gelombang foton yang dipancarkan oleh atom hidrogen menggunakan apa yang disebut sisir frekuensi, yang menghasilkan foton pada rangkaian panjang gelombang yang berjarak sama yang bertindak seperti tanda pada penggaris. Semua ini membantu mengukur transisi orbital dengan presisi yang 20 kali lebih akurat daripada upaya tim sebelumnya.

Hasilnya para peneliti tidak setuju dengan pengukuran sebelumnya dari hidrogen normal (meskipun bukan yang lebih baru). Dan itu jauh, lebih dekat dengan pengukuran yang dilakukan menggunakan proton yang mengorbit muon. Jadi, dari perspektif mekanika kuantum yang akurat, ini adalah kabar baik.

Namun bukan berita bagus, karena kedua hasil tersebut masih berada di luar bilah kesalahan satu sama lain. Bagian dari masalah di sana adalah bahwa massa tambahan muon membuat bilah kesalahan pada percobaan tersebut sangat kecil. Hal ini membuat hasil yang diperoleh dengan elektron normal menjadi sangat sulit untuk konsisten dengan hasil muon tanpa tumpang tindih sepenuhnya. Para penulis mengakui bahwa perbedaannya mungkin hanya kesalahan yang tidak diperhitungkan, mengutip prospek “efek sistematis dalam salah satu (atau keduanya) pengukuran ini.” Efek ini dapat memperluas ketidakpastian yang cukup untuk memungkinkan terjadinya tumpang tindih.

Diposting oleh : joker123