vida_louca (vida_louca) wrote,
vida_louca
vida_louca

Category:

Два физика в сумасшедшем доме

на итальянском острове Сан-Серволо встретились на одной из конференций по квантовой электродинамике в начале 2000-х, чтобы обсудить такую проблему, как измерение радиуса протона. Правда, сумасшедший дом был уже давно закрыт, а здание переоборудовано на современный манер, но сумасшедшие идеи все равно приходили в головы физиков. Так начинается статья Яна Бернауэра и Поля Рандольфа "Проблема радиуса протона", опубликованная в журнале "В мире науки", 2014, №4, с.4, посмотреть которую можно по ссылке http://spkurdyumov.ru/uploads/2014/04/problema_radiusa_protona.pdf .

В этот раз сумсшедшая идея пришла в голову Полю Рандольфу, который решил, что использование "мюонного" водорода, где вместо электрона находится его тяжелый собрат - мюон, будет хорошим способом, чтобы по излучению света при переходе мюона с возбужденого уровня 2p на уровень 2s измерить лэмбовский сдвиг уроовня 2s и, тем самым, определить радиус протона. А Ян Бернауэр, в свою очередь, попробует более точно измерить радиус протона путем рассеяния на нём (в условиях газообразного водорода) электронов под малыми углами, Так, чтобы как можно точнее измерить полное сечение рассеяния.

Вот тут у меня первый раз закрались сомнения по поводу здравомыслия современных физиков. В молодости я много лет провёл, исследуя оптические свойства металлических наночастиц, и прекрасно знаю, что классическая оптика однозначно говорит, что полное сечение рассеяния света такими частицами НАМНОГО ПРЕВЫШАЕТ их геометрическое сечение (площадь). А тут полагать, что разные сечения СОВПАДУТ для сугубо квантовой частицы - протона? Второй раз я засомневался по поводу интерпретации лэмбовского сдвига. По современным представлениям этот сдвиг вызван двумя причинами. Одна - это взаимодействие электрона с ФЛУКТУАЦИЯМИ ВАКУУМА, а другая - с тем, что s-состояние электрона в атоме имеет нулевой орбитальный момент, и его волновая функция имеет НЕНУЛЕВОЕ значение ВНУТРИ протона. От такой интерпретации самому можно сойти с ума. Ну, какие могут быть флуктуации вакуума, которые никто не видел, и даже не известно, что такое есть сам вакуум? А волновая функция, не имеющая физического смысла из-за ненулевой плотности заряда электрона в ядре - протоне? К счастью, автор имеет несколько другие представления о пространстве и физическом смысле волновой функции, которые он не один раз уже озвучивал в этом блоге. И это спасает его от окончательного помешательства.

Как всегда спасает положение то, что атом водорода устроен так, что его ядро отвечает ОДИНАКОВО на рассеяние внешнего электрона и на "движение" в нём электрона внутреннего. Поэтому до сих пор "размер" протона в атоме водорода оказывался ОДИНАКОВЫМ при измерении методом рассеяния и спектроскопическим методом. Но не в случае с "мюонным" водородом!

Работа Поля Рандольфа и его команды представляла собой захватывающий триллер. Несколько лет они настраивали свою спектроскопическую установку, чтобы в подходящий момент использовать "окно" в работе соседнего ускорителя и запустить мюоны в газообразный водород, чтобы часть мюонов заместила электроны и образовала экзотические атомы. Но они в самом начале допустили одну большую ошибку. Они предполагали, что радиус протона окажется таким же, что и раньше, только измерения будут точнее. Поэтому заранее настроили свой лазер, возбуждающий переход мюона с уровня 1s на уровень 2p, на ожидаемую длину волны, а не на ту, которая оказалась в реальности! И чуть не погубили весь многолетний эксперимент. Их спасла случайность. Оставалась только одна неделя до закрытия проекта, когда самый здравомыслящий из из группы Альдо Антоньини предложил перенастроить установку на МЕНЬШИЙ радиус протона. И они победили! В этом эксперименте "радиус" протона действительно оказался меньше.

Но тогда в шоке оказалось остальное сообщество, следившее за их экспериментом. Как это можно объяснить? Какая новая физика может скрываться за этим результатом? Так и не догадавшись в чём дело в год выпуска этой статьи авторы решили поставить эксперимент так, чтобы рассеяние на "мюонном" водороде также осуществить мюонами.

Я не знаю, чем закончился и закончился ли этот эксперимент, но именно это решение было самым здравомыслящим из всех, приходивших в головы экспериментаторов! Я уверен, что, если этот эксперимент всё-таки был осуществлен, то он покажет точно ТАКОЙ же результат, что и спектроскопический. А значит, радиуса протона как такового НЕ СУЩЕСТВУЕТ. Его радиус обязательно будет РАЗНЫМ в РАЗНЫХ условиях эксперимента. Почему это так, и что определяет метрический масштаб электромагнитного пространства - об этом я расскажу как-нибудь в следующий раз.

Искренне Ваш, Дулин Михаил.
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 20 comments