Протон слегка «полегчал»

19.07.2017

Более точное измерение массы протона дало значение, которое ниже общепринятого на 3×10¯⁸ %. Измерения были проведены группой Свена Штурма из Института ядерной физики Общества Макса Планка (Германия). Новое значение было получено путём прямого сравнения массы протона с массой иона углерода-12.

© Gernot Vogt/Max Planck Institute for Nuclear Physics
© Gernot Vogt/Max Planck Institute for Nuclear Physics

Обычно сверхточные измерения массы протона проводятся при помощи так называемой ловушки Пеннинга — сложной конфигурации электрического и магнитного поля, в которых удерживаются протоны. В такой ловушке протон совершает небольшие колебания вблизи точки равновесия и одновременно движется по спирали вокруг линий магнитного поля. Измеряя частоту этих колебаний, учёные вычисляют также и частоту вращения в магнитном поле, которая оказывается пропорциональной отношению заряда протона к его массе. Сравнивая эти частоты для протона и другого атома, который принимается за эталон атомной единицы массы, учёные и определяют массу протона.

Устройство ловушки Пеннинга, использованной в работе
© F. Heiße et al. Phys. Rev. Lett. 119, 033001 (2017)
Устройство ловушки Пеннинга, использованной в работе © F. Heiße et al. Phys. Rev. Lett. 119, 033001 (2017)

В обсуждаемой работе в качестве эталона был использован полностью ионизированный атом углерода-12 ₁₂С⁶⁺. Проведённые измерения позволили утверждать, что масса протона отличается от общепринятого стандартного значения, утверждённого CODATA, с определённостью в три стандартных отклонения. Эти результаты были также проверены и с использование других ионов.

Сравнение полученного результата (красный прямоугольник) со значениями CODATA в разные годы.
© F. Heiße et al. Phys. Rev. Lett. 119, 033001 (2017)
Сравнение полученного результата (красный прямоугольник) со значениями CODATA в разные годы. © F. Heiße et al. Phys. Rev. Lett. 119, 033001 (2017)

Знание точного значения массы протона является важным для целого ряда приложений, основанных на измерениях атомных спектров. В частности, масса протона входит в такую фундаментальную для этой области константу как постоянная Ридберга.

Больше статей в блоге physh.ru и telegram-канале physħ