Квантовая гравитация влияет на размер радиуса протона

Радиус протона зависит от квантовой гравитации

Итальянский ученый Роберто Онофрио, проанализировав эксперимент группы ученых по измерению радиус протона с помощью мюона (в результате чего он оказался меньше, чем при измерении с помощью электрона), пришел к выводу, что никакой ошибки там не было. Просто экспериментаторы не учли силу, о которой пока мало что известно, — квантовую гравитацию.

Фото:

Следует заметить, что ученые несколько раз пытались измерить радиус протона — одной из фундаментальных частиц нашего мироздания. Напомню, что под радиусом протона в квантовой физике подразумевается расстояние, на котором плотность заряда снижается до определенного значения. Соответственно, измерить его можно через взаимодействие протона с какой-нибудь отрицательно заряженной частицей — например, электроном.

Делают это так — запускают электрон вращаться вокруг протона, и, поскольку, как мы знаем, он будет вращаться только по определенным дискретным энергетическим уровням (орбиталям). Ну а раз это так, то нужно просто посмотреть, где будет располагаться ближайшая к протону орбиталь. Именно она-то и укажет на границы положительно заряженной частицы, зная которые, радиус вычислить уже достаточно легко.

Неоднократно измерив радиус при помощи электрона, ученые выяснили, что значение такового равно 0,8768 ± 0,0069 фемтометра (фм — это одна квадрилионная часть метра). И все было бы хорошо, пока весной нынешнего года группа физиков из Германии и Швейцарии не попробовала измерить радиус протона при помощи более тяжелой отрицательно заряженной частицы — мюона. В результате они получили несколько другое значение — 0,84184 ± 0,00067 фм, что примерно на 4 процента меньше результата "электронного" измерения.

Сразу же возник вопрос — как такое может быть? Почему результат измерения в данном случае зависел от способа, ведь такого, по идее, быть не должно? Может быть, сама методика определения радиуса протона является некорректной? Долгое время ученые не могли дать ответа на эти вопросы. Высказывались даже предположения, что данный эксперимент не может быть описан в рамках существующей физики, и для того чтобы получить хоть какие-то объяснения, нужно изобретать новые теоретические модели.

Отчасти этой точки зрения придерживается и итальянский физик Роберто Онофрио из Падуанского университета. В статье, которая недавно была опубликована в журнале Europhysics Letters, ученый говорит о том, что на самом деле было бы неправильно сомневаться в корректности мюонного эксперимента или самого метода измерения. Просто в дело вступила такая силы, о которой ученым еще достаточно мало известно, а именно — квантовая гравитация. По мнению исследователя, этот эксперимент может открыть путь к созданию новой теории, основанной на объединении гравитации и слабого взаимодействия (сам доктор Онофрио называет ее " теорией гравитослабого объединения").

Основные положения этой теории сводятся к следующему — в макромире гравитация действует так, как это описано в работах Ньютона и Общей теории относительности. Однако на очень малых расстояниях она принимает совершенно другую форму — там сила тяготения получается равной силе взаимодействия заряженных слабых токов, возникающих среди субатомных частиц. Более того, ученый полагает, что само взаимодействие слабых токов можно рассматривать как проявление квантованной структуры гравитации на очень малых расстояниях.

Ну, а раз это так, то, по мнению г-на Онофрио, именно квантовая гравитация и придает дополнительную связывающую энергию в экспериментах с мюонным водородом — это и объясняет то, что радиус протона в них получается меньшим, чем в опытах с электронами. Происходит это потому, что мюон намного тяжелее электрона — оттого-то и его "взнос" гравитационной энергии в опытах с обычным ядром атома водорода примерно на два порядка сильнее, чем в аналогичном экспериментах с электроном. Именно поэтому радиус протона оказался меньше — мощная гравитационная энергия мюона сдвинула его орбиталь ближе к самой частице.

Но можно ли как-нибудь экспериментально проверить теорию доктора Онофрио? Ученый считает, что да, причем для этого потребуются достаточно простые эксперименты. По словам исследователя, он уже набросал теоретический расчеты для таких опытов.Его работа: "основывается на массе ядра, так что можно провести дополнительные эксперименты с вариантами мюонного водорода… включая, в частности, лэмбовский сдвиг (так называют небольшое отклонение тонкой структуры уровней энергии водородоподобных атомов от предсказаний релятивистской квантовой механики под воздействием собственных колебаний электрона или другой отрицательно заряженной частицы. — Ред.) в мюонном дейтерии и спектроскопию мюонного гелия".

Читайте также: Физики создали из атома Вселенную

Коллеги доктора Онофрио весьма восторженно отреагировали на выход его работы. Теперь они собираются заняться экспериментами, способными подтвердить или опровергнуть теорию гравитослабого взаимодействия. И если окажется, что данная теория верна, в таком случае у физиков появиться шанс наконец-то "помирить" две давно конфликтующие отрасли этой науки — квантовую механику и Общую теорию относительности, которые до сих пор не могут "договориться" между собой из-за отсутствия внятного описания механизма гравитационного взаимодействия на уровне элементарных частиц…