Il protone sarebbe un po’ più piccolo di quanto si riteneva. Un esperimento pubblicato su “Science”, dopo tre anni di analisi molto accurate, indica che le dimensioni di questo fondamentale costituente dei nuclei atomici, e quindi dell’universo, sarebbe più piccolo del 4 per cento rispetto a quanto si riteneva, quantità corrispondente a 0,03 femtomillimetri (milionesimi di miliardesimi di millimetro).
E’ una quantità infinitesima, ma è pur sempre assai più grande del margine di errore delle misure eseguite. I primi indizi risalgono al 2010 e a un articolo su “Nature”.
L’esperimento consisteva nel bombardare atomi di idrogeno nei quali l’elettrone era stato sostituito dal suo “cugino” più massiccio, il muone. L’esperimento più recente, eseguito sondando il protone a vari livelli di energia, indica un raggio del protone pari a 0,84 femtomillimetri.
Aldo Antognini, il fisico dello Swiss Federal Insitute of Technology di Zurigo (Svizzera) autore di entrambe le pubblicazioni, ritiene che in sostanza gli esperimenti concordino nel sollevare il problema delle dimensioni del protone.
Una ipotesi è che si sia inavvertitamente scoperta una “nuova fisica” e che i muoni interagiscano con i protoni in modo diverso dagli elettroni. Ovviamente, come a suo tempo per la velocità superluminale dei neutrini, vale il principio che grandi scoperte esigono grandi prove. C’è quindi ancora molto lavoro da fare.
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The latest experiment also used muonic hydrogen, but probed a different set of energy levels in the atom. It yielded the same result as the Nature paper — a proton radius of 0.84 fm, says Aldo Antognini, a physicist at the Swiss Federal Institute of Technology Zurich in Switzerland and an author of both muonic papers1, 2. The second measurement “is totally compatible with the previous value,” he says.
But it is still not compatible with the measurements taken by non-muonic techniques, says John Arrington, a nuclear physicist at Argonne National Laboratory in Lemont, Illinois. Errors in the muon-based measurements of the proton radius are unlikely to be to blame, Arrington says, and yet it seems equally unlikely that all the other measurements are wrong, too.
One possibility is that Antognini’s team has inadvertently discovered new physics. It is the only one to use muons to probe the proton — the others all used electrons, and there is a small possibility that muons interact with protons differently from electrons. The effect would have to be small, or it would also show up in other places, such as the Large Hadron Collider, the big particle accelerator near Geneva, Switzerland.
Arrington and Sick both have their doubts. “I’m a big believer in our understanding of physics,” Arrington says. Given the power of existing theories, Sick says, the idea of fundamental differences between muons and electrons is “sort of hard to imagine”.
But equally hard to imagine is what might have gone wrong. Experimentalists have combed back over their data. Theorists have recrunched their equations. There could be a problem with the models used to estimate the proton size from the measurements, but so far, none has been identified. “Many of the ideas that have been stated have all been looked at in more detail,” Sick says. “Nobody has come up with a clear result.”
Journal name: Nature DOI:doi:10.1038/nature.2013.12289
