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Il protone diventato pi piccolo

Il protone diventato pi piccolo

L della scoperta del bosone di Higgs non si ancora spenta, ma la fisica delle particelle elementari continua a produrre risultati di grande rilievo, anche se questa volta con metodi del tutto differenti. Sulle pagine della rivista Aldo Antognini, del Max Planck UGG Outlet Institut per l quantistica a Garching e dell di fisica delle particelle del Politecnico Federale (ETH) di Zurigo, e colleghi hanno annunciato una nuova, accurata misurazione delle dimensioni del protone, che sono risultate notevolmente pi piccole rispetto a quelle accettate finora.

Al centro Gå Ner ett Kilo I Veckan delle attenzioni dei ricercatori c’ ancora una volta l di idrogeno, il pi semplice, costituito da un protone (il nucleo) e da un elettrone. Proprio questa sua semplicit ne ha fatto il modello ideale sia in ambito teorico sia in ambito sperimentale grazie a cui studiare le leggi della meccanica quantistica. Tra queste, la quantizzazione delle orbite dell con le relative energie e numeri quantici, e la radiazione emessa e assorbita nella transizione tra Gå Ner I Vikt Snabbt due livelli energetici.

Nel 1947 fu osservata nell d una lieve differenza di energia tra i due livelli energetici indicati come 2S e 2P. Da quel momento quella differenza fu chiamata “spostamento di Lamb” (Lamb shift), dal nome del fisico statunitense Willis Lamb che condusse l La scoperta fu assai proficua per gli studi successivi: per spiegare la discrepanza rilevata furono sviluppati molti aspetti della fisica delle particelle elementari.

Certo, da allora l quantistica, cio la teoria che descrive l’interazione di particelle cariche con il campo elettromagnetico, e la cromodinamica quantistica, la teoria che descrive l’interazione forte, hanno fatto molta strada.

Il progresso negli apparati sperimentali ha permesso di studiare sistemi e interazioni sempre pi complessi e sempre pi confinati nell piccolo, mentre l di idrogeno, apparentemente, rimasto relegato ai manuali dei corsi universitari di fisica.

Una suggestiva immagne dell’apparato sperimentale utilizzato da Antognini e colleghi per le misurazioni (Cortesia Paul Scherrer Insitute/ F. Reiser, A. Antognini)Ma possiamo affermare di sapere tutto dell e dei suoi componenti? Il risultato di Antognini e colleghi dimostra di no. Nuove conoscenze di fisica fondamentale arrivano dall muonico, in cui l orbitale sostituito da un muone, un “cugino” pi massiccio dell’elettrone. Questa particella Giacconi Peuterey instabile caratterizzata da una vita media di 2,2 microsecondi ha una carica elettrica pari a quella Gå Ner I Vikt Snabbt dell e massa 207 volte pi grande.

Proprio per l delle cariche, il muone pu sostituire l nell di idrogeno, per ottenere una specie chimica, l’idrogeno Viktminskning Tabletter muonico, con una vita molto breve ma comunque sufficiente per condurre alcuni importanti misurazioni spettroscopiche sulle transizioni tra due stati energetici, in particolare tra 2S e 2P. Da queste transizioni possibile ricavare una stima del raggio del protone pi precisa di un ordine di grandezza rispetto alla stima ottenuta in passato sulla base di misurazioni differenti, quali la spettroscopia ad alta risoluzione dell di idrogeno (ovvero quello formato da un protone e un elettrone) e da esperimenti di diffusione elettrone protone.

“Per capire il risultato delle nostre misurazioni occorre chiarire che cosa intendiamo quando parliamo di dimensioni di una particella elementare”, ha spiegato Antognini a “Le Scienze”. “L’elettrone per esempio una particella puntiforme: sperimentalmente si verificato che il suo raggio minore di 10 alla 20 metri. Al contrario, il protone essendo composto da quark che si muovono e interagiscono tra di loro scambiando gluoni, ha una struttura molto complessa e ha quindi un’estensione”.

Nel caso del protone dunque distinguiamo tre parametri diversi: raggio di carica, raggio magnetico e raggio di Zemach.

“Con il loro movimento i quark che compongono il protone producono una distribuzione spaziale di carica: l’estensione media di questa nuvola il raggio di carica del protone”, ha chiarito Antognini. “Il raggio magnetico un concetto un po’ pi complesso. Semplificando, si pu dire che i quark hanno un momento magnetico, cio sono come piccoli dipoli magnetici. Inoltre, muovendosi ed essendo particelle cariche, producono correnti elettriche che a loro volta inducono campi magnetici. Il raggio magnetico e perci un parametro che descrive la distribuzione di questi momenti e correnti elettriche. Il raggio di Zemach una funzione complessa di queste due distribuzioni”.

Dalle misurazioni di Antognini risulta un raggio di carica di 0,84087 femtometri (milionesimi di miliardesimi di metro), Peuterey Donna un raggio magnetico di 0,87 femtometri e un raggio di Zemach di 1,082 femtometri. Proprio l’aumento della precisione rende ancora pi evidente il dato fondamentale ricavato dal ricercatore italiano: il valore del raggio trovato molto pi piccolo rispetto a quello stabilito nel 2010 dal Committee on Data for Science and Technology (CODATA), con un raggio di carica pari a 0,8775 femtometri, ed invece in buon accordo con il risultato ottenuto nel 2010 dallo stesso gruppo di Garching (questa volta per la precisione 1,7 volte maggiore).

La causa di questa Gå Ner I Vikt Snabbt Piller differenza non ancora nota. Ora ulteriori analisi e ricerche tenteranno di chiarire se si tratta di un errore sistematico negli esperimenti o viceversa se, per qualche motivo, il raggio possa variare in funzione del sistema in cui il protone legato.

“Innanzitutto dobbiamo accertare che questa discrepanza non sia un artefatto sperimentale, per questo si stanno pianificando nuovi esperimenti in vari istituti del mondo: per risolvere questo rompicapo sono necessari dati nuovi e pi precisi”, ha concluso Antognini. “La differenza potrebbe anche essere spiegata se l’interazione muone protone differisse dall’interazione elettrone protone; in questo caso sarebbe l’indizio di una nuova forza, di una nuova particella. Per ora questa solo un’ipotesi, che per potrebbe essere verificata presto dal nostro nuovo esperimento: la spettroscopia dell’elio muonico”.