ملخصات الأبحاث

اكتشاف نصف قطر أصغر للشحنة البروتونية من تجارب تشتيت الإلكترونات والبروتونات

.W. Xiong et al

  • Published online:

هناك طريقتان تُستخدمان عادةً لتحديد نصف قطر الشحنة البروتونية (rp)، هما: التشتيت المرن للإلكترونات والبروتونات (e–p)، والتحليل الطيفي لذرات الهيدروجين. وفي عام 2010، اكتَشَفت طريقةٌ جديدة تَستخدِم ذرات الهيدروجين الميونية تباينًا كبيرًا في نصف قطر الشحنة البروتونية، مقارنةً بالنتائج السابقة، وأصبحت هذه المسألة تُعرَف باسم «لغز نصف قطر البروتون». ورغم الجهود التجريبية والنظرية، ما زال ذلك اللغز دون حل. وفي الواقع، هناك تباينٌ في ناتج أحدث عمليتَي قياسٍ طيفي أُجريتا على ذرات الهيدروجين العادي. وفي البحث المنشور، يفيد الباحثون بإجرائهم تجربة تحديد نصف قطر الشحنة البروتونية في مختبر جيفرسون، المعروفة اختصارًا باسم (PRad)، وهي تجربة عالية الدقة، تقوم على التشتيت المرن للإلكترونات والبروتونات، وُضعت أسسها بعد اكتشاف التباين في ناتج عمليتَي القياس الطيفي سالفتَي الذكر. وقد استخدم الباحثون طريقةًلا تَعتمِد على مطياف مغناطيسي، تستهدف نظامًا دون منافذ، معبأ بغاز الهيدروجين، وهذا ساعد في التغلب على عديدٍ من العقبات التي واجهتها التجارب السابقة المعتمِدة على التشتيت المرن للإلكترونات والبروتونات، وأتاح قياس نصف القطر عند زوايا تشتت أمامية صغيرة جدًّا. والناتج الذي توصل إليه الباحثون – وهو أنَّ نصف قطر البروتون (rp) يساوي قيمةً تبلغ 0.831 ± 0.007stat ± 0.012syst فيمتومتر، حيث يشير كل من stat، وsyst إلى الاشتباه الإحصائي والمنهجي على التوالي، وهو أصغر من أحدث قياس توصلت إليه تجربةٌ عالية الدقة تقوم على التشتيت المرن للإلكترونات والبروتونات، وأصغر بانحرافٍ معياري مقداره 2.7 من متوسط جميع نتائج تجارب التشتيت المرن للإلكترونات والبروتونات. وهذه القيمة الأصغر التي قاسها الباحثون لنصف قطر الشحنة البروتونية تدعم القيمة التي توصلت إليها اثنتان من تجارب ذرات الهيدروجين الميونية السابقة. وبالإضافة إلى ذلك.. 

تتفق نتائج الباحثين مع القيمة المعدلة (المعلَن عنها في عام 2018) لثابت ريدبرج، الذي يُعتبر واحدًا من الثوابت الأساسية المحددة بأعلى دقة في الفيزياء.

شكل 1  تجهيزات تجربة تحديد نصف قطر الشحنة البروتونية (PRad). مخطط لتجهيزات التجربة في القاعة «بي» بمختبر جيفرسون، وشعاع الإلكترونات يسقط من اليسار. العناصر الرئيسية لمسار الشعاع موضحة في المخطط، بالإضافة إلى النظام المؤلف من حجرة عديمة المنافذ المحتوي على غاز الهيدروجين، فضلًا عن حجرة مُفرَّغة مكونة من قسمين، وجهازي كشف.

شكل 1  تجهيزات تجربة تحديد نصف قطر الشحنة البروتونية (PRad). مخطط لتجهيزات التجربة في القاعة «بي» بمختبر جيفرسون، وشعاع الإلكترونات يسقط من اليسار. العناصر الرئيسية لمسار الشعاع موضحة في المخطط، بالإضافة إلى النظام المؤلف من حجرة عديمة المنافذ المحتوي على غاز الهيدروجين، فضلًا عن حجرة مُفرَّغة مكونة من قسمين، وجهازي كشف.

كبر الصورة

Affiliation