یک جهش عظیم به سمت حل یک معما با شعاع بار پروتون


الکسی گرینین و درای تارای در حال کار بر روی سیستم خلاuum آزمایش 1S-3S هستند. اعتبار: انجمن ماکس پلانک

فیزیکدانان موسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتوم مکانیک کوانتوم را با استفاده از طیف سنجی هیدروژن در سطح کاملاً جدیدی از آزمایش آزمایش کرده اند و به حل معمای معروف با شعاع بار پروتون بسیار نزدیک شده اند.

دانشمندان موسسه اپتیک کوانتوم ماکس پلانک (MPQ) توانسته اند الکترودینامیک کوانتوم را با دقت بی سابقه تا حداکثر 13 رقم اعشار آزمایش کنند. اندازه گیری جدید تقریباً دو برابر اندازه گیری قبلی هیدروژن دقیق است و علم را یک قدم به حل معمای اندازه پروتون نزدیک می کند. این دقت بالا از طریق تکنیک شانه فرکانسی برنده جایزه نوبل بدست آمد ، که برای اولین بار در اینجا برای تحریک اتمها در طیف سنجی با وضوح بالا برای اولین بار در اینجا حضور داشت. نتایج امروز در علوم پایه.

گفته می شود که فیزیک یک علم دقیق است. این بدان معنی است که پیش بینی های نظریه های فیزیکی – اعداد دقیق – را می توان با آزمایش تأیید یا جعل کرد. این آزمایش بالاترین داور از هر نظریه ای است. الکترودینامیک کوانتوم ، نسخه نسبی گرایانه مکانیک کوانتوم ، بدون شک موفق ترین نظریه تاکنون است. این اجازه می دهد تا محاسبات بسیار دقیق انجام شود ، مانند توصیف طیف هیدروژن اتمی تا 12 رقم اعشار. هیدروژن متداول ترین عنصر در جهان و در عین حال ساده ترین عنصر تنها با یک الکترون است. و با این حال ، او میزبان راز هنوز ناشناخته است.

پازل به اندازه پروتون

الکترون موجود در اتم هیدروژن اندازه پروتون را “حس” می کند ، که در حداقل تغییرات سطح انرژی منعکس می شود. برای دهه های طولانی ، اندازه گیری های بی شماری از هیدروژن به یک شعاع پروتون ثابت رسیده است. اما مطالعات طیفی روی هیدروژن موسوم به میون ، که در آن الکترون با دوقلوی 200 سنگین تر خود یعنی میون جایگزین می شود ، یک رمز و راز را آشکار می کند. این اندازه گیری ها در سال 2010 با همکاری راندولف پاول ، رئیس وقت گروه طیف سنجی لیزری پروفسور هانش (MPQ) و اکنون استاد دانشگاه یوهانس گوتنبرگ در ماینتس انجام شد. مقدار شعاع پروتون که می توان از این آزمایش ها بدست آورد ، چهار درصد کمتر از هیدروژن معمولی است. اگر همه آزمایش ها صحیح تلقی شود ، با تئوری الکترودینامیک کوانتوم تناقض بوجود می آید ، زیرا همه اندازه گیری ها در میون و هیدروژن معمولی باید شعاع پروتون یکسان را در هنگام صحیح بودن تمام اصطلاحات نظری در نظر بگیرند. در نتیجه ، این “معمای شعاع پروتون” باعث ایجاد اندازه گیری های دقیق جدید در سراسر جهان می شود. با این حال ، در حالی که اندازه گیری های جدید از گارچینگ و تورنتو شعاع کوچکتر پروتون را تأیید می کند ، اندازه گیری از پاریس دوباره از مقدار بالاتر قبلی پشتیبانی می کند.

مرحله بعدی پازل پروتون

این شکل نتایج مختلفی را برای شعاع پروتون در یک فشار سنج مقایسه می کند [fm]، iem مقدار جدید انتقال 1S-3S به هیدروژن معمولی نزدیک به مقدار بدست آمده از انتقال 2S-2P به هیدروژن میون است. اگرچه این اتم عجیب و غریب فقط در مدت زمان کوتاهی از دو میلیونیم ثانیه تشکیل می شود ، اما به ویژه به شعاع پروتون “حساس” است. بنابراین ، دارای کوچکترین خطاهای اندازه گیری (میله های خطای افقی سیاه) است. اعتبار: انجمن ماکس پلانک

مقایسه اندازه گیری ها

علم با مقایسه های مستقل پیشرفت می کند. به همین دلیل تیم گارچینگ به سرپرستی الکسی گرینین ، آرتور ماتویف و توماس اودام از گروه طیف سنجی لیزری تئودور هانش ، می خواستند همان انتقال پاریس را با استفاده از روشی کاملاً متفاوت و در نتیجه مکمل اندازه گیری کنند. با استفاده از به اصطلاح طیف سنجی فرکانس دو فوتونی داپلر ، آنها قبلاً توانسته اند دقت را با ضریب چهار بهبود دهند. نتیجه برای شعاع پروتون در حال حاضر دو برابر دقیق تر از اندازه گیری هیدروژن قبلی بود. برای اولین بار ، مکانیک کوانتوم تا سیزدهمین رقم اعشار آزمایش می شود. مقداری که به این ترتیب برای شعاع پروتون تعیین می شود ، شعاع کوچکتر پروتون را تأیید می کند و بنابراین نظریه را به عنوان علت کنار می گذارد. زیرا برای همان انتقال ، بدون توجه به تئوری ، نتایج آزمایش باید موافقت کنند. شکل زیر (شکل 1) وضعیت فعلی را نشان می دهد.

برآورد اعتبار الکترودینامیک کوانتوم تنها با مقایسه چندین اندازه گیری مستقل امکان پذیر است. اگر نظریه و کاربرد آن صحیح باشد و همه آزمایشات به درستی انجام شود ، مقادیر برای شعاع پروتون باید در حد عدم اطمینان آزمایش با یکدیگر مطابقت داشته باشند. اما این طور نیست که در تصویر می بینیم. کشف این اختلاف – معمای پروتون – این احتمال را ایجاد می کند که الکترودینامیک کوانتوم ، دقیق ترین نظریه فیزیکی ، می تواند یک اشکال اساسی داشته باشد. با این حال ، نتیجه جدید نشان می دهد که این مسئله بیشتر از آنکه اساسی باشد ، آزمایشی است. و الکترودینامیک کوانتوم دوباره موفق خواهد شد.

مرحله جدیدی در طیف سنجی شانه فرکانسی

نور لیزر آبی (410nm) به عنوان دومین هارمونیک تیتانیوم پالس شده تولید می شود: لیزر یاقوت کبود ساطع کننده یک کریستال غیرخطی است.

موفقیت طیف سنجی شانه فرکانسی انجام شده در این پروژه نیز به دلیل دیگری یک مرحله مهم در علم را نشان می دهد. تاکنون طیف سنجی دقیق هیدروژن و سایر اتم ها و مولکول ها تقریباً به طور انحصاری با لیزرهای موج پیوسته انجام شده است. در مقابل ، شانه فرکانس توسط لیزر پالس تولید می شود. با استفاده از چنین لیزرهایی می توان طول موجهای بسیار کوتاهتر را تا محدوده ماوراlet بنفش شدید نفوذ کرد. با لیزرهای موج مداوم ، این یک کار ناامید کننده به نظر می رسد. یونهای بسیار جالب مانند یون هلیوم هیدروژن مانند ، در این محدوده طیفی انتقال دارند ، اما حتی بیش از 100 سال پس از توسعه اولین تئوری کوانتوم ، نمی توان دقیقاً آنها را مطالعه کرد ، این بدان معنی است که با نور لیزر. آزمایشی که اکنون ارائه شده گامی اساسی در تغییر این وضعیت نامناسب است. علاوه بر این ، ما امیدواریم که این شانه های ماوراlet بنفش اجازه دهند عناصر مهم بیولوژیکی و شیمیایی مانند هیدروژن و کربن به طور مستقیم با لیزر خنک شوند ، اجازه می دهد تا علم با دقت بیشتری حتی آنها را مطالعه کند.


دانشمندان شعاع دقیق پروتون را اندازه گیری می کنند تا به حل معمای چند دهه ای کمک کند


اطلاعات بیشتر:
الکسی گرینین و همکاران طیف سنجی شانه فرکانس دو فوتونی اتم هیدروژن ، علوم پایه (2020) DOI: 10.1126 / science.abc7776

تهیه شده توسط انجمن ماکس پلانک

نقل قول: دقت بی سابقه در الکترودینامیک کوانتوم: یک جهش عظیم به سمت حل یک معما با شعاع شارژ پروتون (2020 ، 27 نوامبر) ، بازیابی شده در 27 نوامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-11- بی سابقه -دقت-کوانتوم-الکترودینامیک-غول. html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.




منبع: moshaverh-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*