Комментарии 31
Ожидания ученых предполагали, что цифры, которые мы имеем для простого атома, где вокруг ядра располагаются электроны, и для мюония должны коррелировать
Коррелировать и быть равными - это совсем не одно и тоже. То, что все атомы мюония "меньше" на 4%, чем атомы водорода как раз говорит об отличной корелляции
Не атомы, а сами протоны. У атома-то размер будет более чем в 200 раз меньше, а не на 4%.
То есть задача ставится так: берём протон, запускаем вокруг него электрон, изучаем энергию взаимодействия и из полученных цифр вычисляем радиус самого протона как такового (точнее, так называемый зарядовый радиус), получаем 0,877 фм. Теперь выдираем электрон, засовываем вместо него мюон. Замеряем получившиеся характеристики мезоатома, и пересчитываем радиус протона по ним — и внезапно получаем 0,842 фм. Но ведь сам протон-то не менялся, почему же его радиус вдруг оказался другим?
То есть измерили некий параметр пары протон-электрон, потом измерили тот же параметр пары протон-мюон и удивляются, что получили два разных значения?
Да, именно так, ведь в обоих случаях фигурируют одинаковые заряды
фигурируют одинаковые заряды
Но массы-то разные
Я сварщик не настоящий, но вроде бы речь идёт как раз о зарядовом радиусе. Как я понимаю, весь смысл эксперимента в том, что исходя из известных нам формул, получаемый результат не должен зависеть от массы. Ну кстати тут в соседней ветке уже рассказали, что в общем-то проблему уже свели к точности измерений
Я тоже не настоящий сварщик (а тем более физик), но
Электрический формфактор входит в матричный элемент электромагнитного тока частицы и зависит от квадрата переданного 4-импульса (в единицах энергии²).
Переданный импульс имеет ИМХО различный эффект в зависимости от массы рассматриваемой системы протон-(электрон/мюон).
Удивились не тому, что измерились разные значения, а тому, что, грубо говоря, после вычитания разницы между электроном и мюоном осталась ещё какая-то непонятно откуда взявшаяся добавочка.
Типа взяли треугольник со сторонами 3, 4, 5, посчитали угол между 3 и 4, получили 90 градусов. А потом уменьшили этот треугольник в 200 раз, пересчитали угол — а он вдруг взял и получился не 90, а 86 градусов, хотя по всем соображениям должен был остаться неизменным по правилу подобия.
Нет, это не некий параметр пары протон-электрон, это именно что чисто протонная вещь. Кароч, делают так.
У вас есть формула для описания энергии. Она строится итеративно, от самого важного до самого неважного. Начинаем мы с формулы Бора, потом учитываем тонкую струкутур, конечность массы протона, лэмбовский сдвиг и тд и тп. Где-то в конце этого ряда лежит неточечность распределения электрического заряда в ядре, которое мы моделируем тупо среднеквадратическим выражением. То есть, грубо говоря, мы не знаем, как устроено распределение заряда в ядре, но мы моделируем его двумя числами: средним и дисперсией. Так вот зарядовый радиус протона, из-за которого весь сыр-бор -- это и есть корень квадратный из дисперсии.
Эта величина, которую мы не можем вытащить из первых принципов. Помимо неё есть ещё неизвестная вещь -- постоянная Ридберга, которую можно свести к постоянной тонкой структуры или к электрическому заряду - как удобнее. Таким образом, в сухом остатке у нас две неизвестные.
Далее мы начинаем подставлять гигантские формулы для вычисления энергий в формулы для вычисления частоты - в виде разницы энергий. Эти частоты, в свою очередь, мы берём из эксперимента. Нам нужно как минимум две частоты (то есть, два атомных перехода) и мы выбираем самые точные, обычно это nS - 1S переходы. Но вообще их может быть больше, что даёт нам возможность вычислить погрешность. В целом, именно так и считают постоянную Ридберга и зарядовый радиус протона.
Для обычного водорода это всё проделали ещё в конце 90-х. Но с мюонным водородом повторить всё удалось лишь в 00-е. Там кстати, интересная и драматическая история, я писал длинный материал об этом 8 лет назад
https://nplus1.ru/material/2017/07/28/protonpuzzle
А ещё есть МАССОВЫЙ радиус протона и он отличается от зарядового
https://nplus1.ru/news/2021/05/15/proton-mass-radius
Давит на протон мюон своей массой )))
Это просто бизнес.
С радиусом уже разобрались вроде, не?
Коротко: сегодня «протонная головоломка» почти сошла на нет. Лучшие на 2025 год оценки сходятся к малому радиусу заряда протона ~0.84 фемтометра; разногласия между методами сильно уменьшились, хотя полностью «математически закрытым» вопрос ещё не назовёшь. (juser.fz-juelich.de, link.aps.org)
Что именно установлено
Радиус заряда
: актуальная рекомендация CODATA-2022 — 
(то есть ~0.84 fm с очень маленькой погрешностью). Это по сути принимает «малое» значение, впервые найденное на мюонном водороде. (juser.fz-juelich.de)Как дошли до консенсуса. • 2010: PSI (мюонный водород) получил «малый» радиус ~0.842 fm и запустил головоломку. (Nature) • 2019: электрон-протонное рассеяние PRad (Jefferson Lab) дало
, согласуясь с мюонным результатом. (Nature, jlab.org) • 2019–2020: новые спектроскопические измерения обычного водорода тоже поддержали «малый» радиус (напр., 
). (science.org) • 2022: ещё одно измерение H-спектроскопии дало чуть большее 
; оно сохраняет небольшое напряжение, но уже не «кризис». (link.aps.org) • Итоговые обзоры последних лет (RMP-2022; PDG-2025) формулируют так: большинство современных данных тяготеют к ~0.84 fm; крупная часть противоречий снята. (link.aps.org, Particle Data Group)
Что проверяют сейчас
Lepton-universality/систематики: в PSI идёт эксперимент MUSE, который напрямую сравнивает
и 
-рассеяние при малых 
— это ключ к окончательной проверке «электрон vs мюон». Анализ и публикации по полному набору данных находятся в работе. Кроме того, готовятся/идут PRad-II, MAGIX/MAMI, AMBER и др. (9, 10, IJCLab Events Directory)
Вывод
Рабочее «стандартное» число сегодня —
.«Головоломка» превратилась из конфликта методов в задачу доведения точности и контроля систематик; небольшие напряжения между отдельными спектроскопическими измерениями ещё обсуждаются. (juser.fz-juelich.de, link.aps.org)
Простите, а можно для малолетних дебилов программистов пояснить, что за "радиус заряда" вообще такой? В школе учили, что есть заряд и сила электрического поля, которая убывает с квадратом, вроде это не отменяли. Ну для протона получается, что в нём несколько источников электрического поля, положительно заряженных, это немного усложняет конструкцию.
Дальше приходят кванты и говорят, что посредником для передачи электрического поля являются фотоны, что сокращает скорость распространения изменения электрического поля, и вроде всё.
А на каком моменте появляется радиус протона и что вообще это обозначает?
А на каком моменте появляется радиус протона и что вообще это обозначает?
Если говорить математически, то это звучит сложно примерно так:
Для зарядового радиуса протона речь идёт о среднеквадратичном радиусе распределения электрического заряда внутри протона.
Он определяется через поведение электромагнитного формфактора частицы при малых переданных импульсах.
Формфактор это функция, описывающая, как распределён электрический заряд внутри частицы и как он влияет на процесс рассеяния.
Если говорить по-проще, то у нас есть методика измерения пространственного размера, дающая конкретную цифру с известной нам точностью, которую мы договорились называть радиусом частицы.
Спасибо, стало немного понятнее. Образно говоря, мы немного вернулись к "пудингу" времён до опытов Резерфорда.
Здесь важно понимать, что не стоит пытаться визуализировать в своей голове протонные процессы в обывательских категориях. Не то, чтобы мы совсем не понимали, что там происходит (ну, мы далеки от полного понимания), у нас хотя бы есть некоторое представление, куда двигаться. Но это представление процессов имеет сугубо математическую форму, и любая попытка интерпретировать их через бытовые образы - ложна.
Это я к тому, что ни о каком возврате к пудингу речи не идёт. Мы не знаем точно, как распределён заряд в протоне, но это пока не так важно на текущем экспериментальном уровне. Мы лишь вводим некий модельно-независимый параметр, следующий за полным зарядом протона, который некоторым образом можно интерпретировать как зарядовый размер, но лишь в предположении очень простой системы. По сути, зарядовый радиус -- это на данный момент мера неточечности заряда в протоне. А есть ещё мера неточечности массы, мера неточечности спина -- и для них вводят отдельные соответствующие радиусы.
Это подтвердилось ещё и тем, что фактически масса кварков внутри протона составляет лишь ~1% массы протона. Всё остальное это энергия сильного взаимодействия. Этот результат блестяще подтверждает формулу Эйнштейна: E=mc².
Не иначе, как британско-финские учёные работали над этим открытием.
А я вот никак не могу понять спин... Я и ничего другого понять не могу, но хотя бы со спина начать! Может, кто посоветует какую нибудь публикацию или статью, где для простого человека хоть что то будет объяснено?
Рекомендую для начала думать о спине как о столбике с числами и не более того (типа, как переменная в программе). Если будете заниматься этим вопросом профессионально, правильная интуиция придёт сама. Если нет -- то и не надо
Для спина не существует простых и понятных аналогий. Изначально это просто собственный момент импульса, как если бы частица вращалась вокруг своей оси. Но свойства этого "вращения" оказываются совершенно дикими и ни на что не похожими. В частности, скорость этого вращения всегда фиксированная и одинаковая для всех частиц этого типа, затормозить или раскрутить сильнее их невозможно. А если попытаться посчитать эту скорость в предположении, что частица — твёрдый шарик, то для многих частиц получатся значения выше скорости света. Ось вращения вообще толком не определена, а подчиняется квантовой "размытости". Попытка измерения спина выравнивает его в одно из нескольких дискретных состояний, завязанных на направление измеряющего магнитного поля; ну и так далее.
Поэтому в квантовой физике просто рассматривают спин как некую абстракцию, как свойство частицы, подчиняющееся соответствующим формулам.
Спасибо! Но ведь эта абстракция проявляется в реальных опытах, правильно я понимаю?
И ещё , если я правильно понял, спин отвечает за "твердость" частиц, если он полуцелый? А есть какая то связь спина с массой частиц, и если есть, то, как описывает теория, вначале все частицы были безмассовые и, то и спин был целый у всех? Но вроде как из целого нельзя получить полуцелый?
Спин никак не связан с массой. Например, нейтрино, электрон и b-кварк имеют одинаковый спин 1/2, хотя массы у них отличаются на несколько порядков. Про "твёрдость" не могу прокомментировать, так как не знаю, что под ней подразумевается, но тоже вряд ли.
Частицы с полуцелым и с целым спином ведут себя по разному в определённых ситуациях. С полуцелым — описываются статистикой Ферми–Дирака и называются фермионами, они подчиняются принципу Паули и не могут одновременно занимать идентичные квантовые состояния. Этим объясняется, например, существование электронных оболочек у атомов. Частицы с целым спином описываются статистикой Бозе–Эйнштейна, называются бозонами и могут скатываться в одно коллективное состояние, называющееся Бозе-конденсатом, когда много частиц начинают вести себя как единое целое. Это, пожалуй, самое известное различие.
Да, есть. Это книга Леонарда Саскинда Теоретический минимум по квантовой механике. И потом книга посложнее Иванова Как понимать квантовую механику. Иными словами, год чтения и размышлений и вы в теме.
Или как вариант можно пытать gpt
В тексте неточность. Мюоний -- это когда вы ядро заменяете на 
. А в мюонном атоме вы заменяете электрон
ASY-Lviv. По теме:- «Почему мы до сих пор не понимаем протон? Как постепенно меняется представление о частице».
Автор статьи, на уважаемой площадке Хабр, Юрий Трифонов всегда подкупал прямотой и искренностью! Поэтому это особый гость и тема явно историческая…
Автор комментария (после минимум 12 лет экспериментов с электромагнитными волнами в диссипативных средах) приблизился к пониманию фотонной физики и начиная с 1983г и по 1985 год разработал и доказал истинность его модели ПРОТОНА. Имею право сообщить, что тонкая структура протона оказалась особенной и многогранной:
1. Академик А.М.Балдин (спец по сильно возб. ядерным процессам) вместе с соавторами объявили о электромагнитной поляризуемости протона. Заявлено, что э/частицы являются протяженными динамически деформируемыми системами. (Весник АН СССР №6, стр.130.)
2. Ядерные силы на очень малых расстояниях между нуклонами являются силами отталкивания (Учебник К.Н.Мухин «Экспериментальная ядерная физика», стр. 77, 1977г). А это означает, что оболочки нуклонов заряжены отрицательно (смотри атом водорода).
3. Плотность заряда и тока (магнитного момента) в нуклоне изменяются плавно и носит экспоненциальный характер (К.Н.Мухин, стр.273.).
4. Опыты показывают, что распределение магнитных моментов нейтрона и протона почти одинаковы и носят экспоненциальный характер. («Структура протона и нейтрона» Г.Кендал, В.Пановский, УФН, т.106. в2, стр. 315, 1972 г.).
5. Из модельного рисунка 13 работы «Основы амерной астрофизики» следует:
а/ Протон спице подобная частица!!!
б/ Состоит из более чем 500 отдельных частиц, которые имеют внутреннюю силовую структуру (кольцевого типа) и при этом гарантируют неизменность своих положений.
с/ Центральный заряд имеет значение плюс, а внешняя оболочка минус. Причем центральный заряд на порядки превосходит условную величину заряда отдельного элемента внешней оболочки.
Право на сообщение подтверждено созданием высоко точной теории ядерной модели атомов. Проведена проверка совпадений физики результатов спиновых (а также энергетического набора массы) взаимодействий, представленных уникальной работой Алан Д. Криш «Столкновения вращающихся протонов» (Вопросы науки, октябрь, №10, 1987 г., стр.12.).
Для очень любознательных, вынужден сообщить:
1. Никаких нуклонов внутри четкой ядерной структуры нет! Вековой бред современников.
2. Электроны не вращаются вокруг ядер атомов! Боровская теория отдыхает на погосте.
3. Диаметр протона занижен в более чем 66 000 раз! Стыдно за цивилизацию. Нет тонких зарядовых экспериментов (типа установки Гениум с объемной сетью датчиков), тогда не будет точного ощущения (промеров) геометрии частиц и атомов.
4. Слезы мешают писать с 1932 года, когда физику э/частиц массово поставили на колени:
Известный переход из Wλ=hc; (1) и получаем λ=hc/W; (2)
Где W – энергия элементарной частицы или её масса в единицах [еВ],
λ – длина волны частицы [метры], h – постоянная Планка,
с – стандартная скорость видимого света.
Формула 2 годится только для электрона, все остальные частицы составные и внутренние законы перераспределения энергии по слоям и в целом совершенно другие!!! Марш идиотов следует отменить, согласно замечания по п.3.
Вывод: Все известно около 40 лет, использовано и фрагментарно опубликовано. Пропитанные блефом «Стандартной модели» э/частиц, отряды неизлечимо образованных, в очередной раз огорошены новыми фейками официоза… Это их выбор, поколениями бездарно умирать возле грандиозных ускорительных и глубоко подземных машин. Уважаемый Юрий Трифонов пытается логически разгрести протонную навозную кучу с позиций известных вековых наслоений. Однако честность и ясность 80 лет назад убежали из большой, смертельно больной науки. 13.08.25 г.
Почему мы до сих пор не понимаем протон? Как постепенно меняется представление о частице