Mysteriet om protonens størrelse er tæt på at være løst
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Mysteriet om protonens størrelse er tæt på at være løst

En proton består af to up-kvarker og en down-kvark med hver sin farveladning, så den samlet set ingen farveladning har, og dens elektriske ladning er 1. Illustration: wikicommons

Hvilken betydning har en forskel på nogle hundrededele af en femtometer mellem venner? Ret så meget, når vi taler om partikelfysik i almindelighed og protonens størrelse i særdeleshed.

Gennem mange år antog man, at protonens radius var 0,8751 fm, som det bl.a. fremgik af de officielle data fra 2014 - CODATA 2014. Sidste år blev man så enige om i den nye CODATA 2018 at fastsætte værdien til 0,8414 fm.

Det var begrundet i, at en række eksperimenter de senere år tyder på en noget lavere værdi for protonens radius (se boks med henvisning til de tidligere artikler herom).

I september præsenterede en canadisk forskningsgruppe i Science en måling baseret på spektroskopi, der gav en størrelse på 0,833 fm +/- 0,010 fm som altså er konsistent med den nye CODATA 2018-værdi.

Det var sådan set meget tilfredsstillende, men en tvivl om den rette værdi for protonens størrelse bestod, da en fransk forskergruppe i 2018 havde præsenteret en præcisionsmåling, der var i ganske god overensstemmelse – nærmest spot on – med den gamle værdi.

I Nature i denne uge præsenterer en stor gruppe forskere fra USA, Rusland, Ukraine og Armenien en helt ny metode til måling af protonens radius ud fra et elektron-proton-spredningseksperiment.

De kommer frem til værdien 0,831 fm +/- 0,007 fm (statistisk usikkerhed) +/- 0,012 fm (systematisk usikkerhed). Den stemmer dermed overens med den canadiske værdi og CODATA 2018.

Som Jean-Philippe Kerr og Dominique Marchand fra Université Paris-Saclay skriver i en kommentar i Nature taler disse helt uafhængige målinger klart for den mindre værdi af protonen. Dermed må mysteriet om den rette størrelse på protonen være tæt på at være løst, mener de.

De skriver dog også, at vi stadig mangler en forklaring på forskellene til de eksperimenter, der giver en højere værdi. De håber på, at en række planlagte nye eksperimenter kan være endeligt med til at løse og ikke mindst forklare gåden om protonens radius. Og som mange fysikere går og håber på, kan en sådan forklaring måske være et skridt på vejen til at forstå fysik udover Standardmodellen.

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Ramskovs billeder stammer fra engelsk Wikipedia. Det er forkert.

Dansk, svensk, tysk og russisk Wikipedia har udskiftet stjernestrukturen med en trekant struktur. Det er mere korrekt, men stadig forkert.

Brookhaven National Laboratory:

In the 1980s, scientists discovered that a proton's three valance quarks (red, green, blue) account for only a fraction of the proton's overall spin. More recent measurements have revealed that gluons (yellow corkscrews) contribute as much as or possibly more than the quarks

Videre skriver Brookhaven National Laboratory:

RHIC's polarized proton collisions are offering insight into how the spins of the internal building blocks of a proton - the quarks and antiquarks (balls with arrows) and gluons (yellow "springs") - contribute to the overall proton spin, as well as whether and how much the orbital and transverse "bouncing" motions of these individual particles also contribute to spin.

Sådan ser protonen ud hos APS (American Physical Society):

Tyskerne nærmer sig, idet German Electron Synchrotron (DES), HERA og ZEUS samarbejdet opfatter protonen på denne måde ligesom Fermilab:

Sea quarks and gluons, the nonvalence parts of the proton, are continuously interacting with each other, as shown here. Gluons (the springy lines) can split into quark-antiquark pairs that nearly instantly merge again to reform gluons. But if another proton or antiproton collides with this constantly changing system, one of these sea quarks can be broken off and fly out of the proton with great energy. That sea quark might be a bottom flavored quark, or it might be a strange flavored quark that can be converted into a charm flavored quark by a W boson

Prof. Matt Strassler skriver:

You may have heard that a proton is made from three quarks. Indeed here are several pages that say so. This is a lie - a white lie, but a big one. In fact there are zillions of gluons, antiquarks, and quarks in a proton.
The standard shorthand, “the proton is made from two up quarks and one down quark”, is really a statement that the proton has two more up quarks than up antiquarks, and one more down quark than down antiquarks.
To make the glib shorthand correct you need to add the phrase “plus zillions of gluons and zillions of quark-antiquark pairs.” Without this phrase, one’s view of the proton is so simplistic that it is not possible to understand the LHC at all.

Og afbilder protonen på denne made og med teksten:

Snapshot of a proton -- and imagine all of the quarks (up,down,and strange -- u,d,s), antiquarks (u,d,s with a bar on top), and gluons (g) zipping around near the speed of light, banging into each other, and appearing and disappearing.

Endelig skriver såvel Cern Courier som Quanta Magazine: A proton is made of a swarm of quarks and gluons, as imagined in this illustration.

Som vel bedst illustrerer protonens komplekse struktur, og som jeg håber at Ingeniøren vil benytte fremover i stedet den misvisende og primitive model.

  • 3
  • 0

Godt indlæg, Henrik! 👍

Men uhyre spekulativt.

I forvejen er både quark modellen og forestillingen om virtuelle kraftoverførende partikler som fotonen, gluonen og gravitionen uhyre spekulativ og for ialtfald fotonens vedkommende ren vrøvl i mine øjne, da ingen kan gøre rede for den model og forsvare den over for mine mange dilemmaer. Desuden burde det jo vrimle frem med quarker, når LHC smadrer protoner sammen - specielt når protonen er så porøs, at elektroner kan bevæge sig igennem, som det siges i videoen ovenfor; men ingen har nogensinde set en løs quark, og der er heller ingen, der nogensinde har detekteret en mindre ladning end +/-1, hvilket er årsagen til, at elektronen og positronen kan være elementarpartikler. Når protonen så oven i købet skal indeholde et astronomisk højt antal quarker, anti-quarker og gluoner, for at få modellen til at passe med praktiske målinger på LHC, og ladningen på +1 for protonen som helhed derfor skal fremkomme som en ekstrem lille overvægt bestående af kun to U- og én enkelt D-quark ud af den enorme mængde, synes jeg ærlig talt, at det måske er relevant at stoppe op og overveje, om hele den zoologiske have af alverdens forskellige partikler, man efterhånden har fået samlet sammen, nu også holder vand.

  • 0
  • 8
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten