Néhány évvel ezelőtt egy új mérési technika kimutatta, hogy a protonok valószínűleg kisebbek, mint azt az 1990-es évek óta feltételezték. Az eltérés meglepte a tudományos közösséget; egyes kutatók még azt is hitték, hogy a részecskefizika standard modelljét meg kell változtatni. A Bonni Egyetem és a Darmstadti Műszaki Egyetem fizikusai most olyan módszert fejlesztettek ki, amellyel a korábbinál sokkal átfogóbban elemezhetik a régebbi és újabb kísérletek eredményeit – áll a tanulmányról beszámoló sajtóközleményben.

A pozitív töltésű protonok sugara a jelenlegi mérések szerint 0,84 femtométer (a femtométer a méter kvadrilliod része), ami kisebb, mint a néhány éve mért 0,88 femtométer. A különbség nekünk laikusnak elhanyagolhatónak tűnik, de ez azt jelenti, hogy a proton valójában körülbelül 5 százalékkal kisebb lehet, mint azt az 1990-es és 2000-es években feltételezték. Emiatt pedig még olyan szakértők is akadtak, akik azt a következtetést vonták le, hogy a részecskefizika standard modellje hibás. A mostani mérést végző kutatók szerint nem ez a helyzet – a régebbi eredményeket (és így az eltérést) a mérésekben történt szisztematikus hiba okozta, amely hibának eddig jelentősen alábecsülték a hatását. Vagyis nem a modell a problémás, hanem az eddigi mérésekhez használt módszerek és számítások voltak azok.

A protont a sugarának meghatározásához egy gyorsítóban lévő elektronsugárral bombázzák. Amikor egy elektron ütközik a protonnal, mindkettő megváltoztatja mozgási irányát – hasonlóan két biliárdgolyó ütközéséhez. A fizikában ezt a folyamatot rugalmas szórásnak nevezik, és minél nagyobb a proton, annál gyakrabban fordulnak elő ilyen ütközések. Vagyis a méret elméletileg kiszámítható a szórás típusából és mértékéből. Akad egy másik tényező is, ami a mérést befolyásolja: az elektronsugár sebessége. Ez utóbbi minél nagyobb, annál pontosabbak a mérések. A nagy sebességű elektronsugár viszont növeli annak a kockázatát is, hogy az elektron és a proton ütközésekor új részecske jön létre. Ez utóbbi ok miatt a protonméret megállapítására eddig csak olyan gyorsító adatokat használtak, amelyekben az elektronok energiája viszonylag alacsony volt. Azonban a gyorsabb, más részecskéket előállító ütközések is fontos betekintést nyújtanak a proton méretébe.

A jelen kutatás újdonsága tehát, hogy a tudósok kidolgoztak egy olyan elméleti alapot, amely a gyorsabb ütközések esetén is felhasználható a proton sugarának a kiszámítására. Így most már azokat az adatokat is figyelembe tudják venni, amelyek eddig kimaradtak. A módszerrel a fizikusok újraelemezték a régebbi, valamint a nagyon friss kísérletek eredményeit – beleértve azokat is, amelyek tehát korábban 0,88 femtométeres értéket javasoltak. A mostani, immár korrigált számítások szerint az érték a korábbi kísérletek esetén is 0,84 femtométer – ami tehát az a sugárhossz, amit az új méréseknél is megállapítottak, teljesen más módszertan alapján.

(Fotó: Dr. Yong-Hui Lin/University of Bonn)