Cientistas fizeram medição precisa do tamanho de um protão

(dr) York University

Eric Hessels, da York University

Quanto mede um protão? Cientistas da Universidade de York propuseram-se a responder a esta pergunta, pondo fim a um mistério da Física.

Uma equipa de cientistas da Universidade de York fizeram uma medição precisa do tamanho de um protão, uma etapa crucial na solução de um mistério que preocupou investigadores de todo o mundo na última década. O resultado é algo inesperado: na verdade, os protões são menores do que se acreditava até agora.

Os cientistas acreditavam que sabiam o tamanho do protão, mas isso mudou em 2010 quando uma equipa de físicos mediu o valor do raio do protão e chegou à conclusão que era 4% mais pequeno do que o esperado. Este valor confundiu a comunidade científica e, desde então, os cientistas têm lutado para resolver este mistério – a inconsistência entre os dois valores do raio de protões.

Agora, um estudo recente publicado na Science e levado a cabo por uma equipa da Universidade de York, vem desmistificar este grande calcanhar de Aquiles da Física. Depois de uma precisa medição, os cientistas concluíram que a nova medida é de 0,833 femtometros, uma medida 5% menor do que o valor do raio aceite anteriormente, antes de 2010.

Esta investigação confirma a descoberta feita em 2010 de que o protão é mais pequeno do que se pensava. “O nível de precisão necessário para determinar o tamanho do protão tornou essa medida na mais difícil que o nosso laboratório alguma vez tentou”, explica o professor Eric Hessels, do Departamento de Física e Astronomia, que liderou o estudo.

“Oito anos depois, temos o prazer de registar uma medida de tão alta precisão que ajuda a resolver o enigmático quebra-cabeças do raio de protões”, acrescenta o cientista, citado pelo Tech Explorist.

Esta nova medida tem, contudo, consequências para a compreensão das leis da física, nomeadamente a teoria da eletrodinâmica quântica, que descreve de que forma a luz e a matéria interagem.

Hessels diz que três estudos anteriores foram fundamentais para resolver a discrepância entre as determinações de tamanho de protões. O estudo de 2010 foi o primeiro a usar hidrogénio muónico para determinar o tamanho do protão, em comparação com estudos anteriores que usaram hidrogénio regular. Naquela época, os cientistas estudaram um átomo exótico no qual o eletrão é substituído por um muão, o “primo” mais pesado do eletrão.

Enquanto um estudo de 2017, que usava hidrogénio, coincidia com a determinação de 2010 baseada em muões, uma investigação do ano passado, que também usou hidrogénio, apoiava o valor determinado antes da investigação de 2010.

Hessels e sua equipa passaram oito anos focados em resolver este quebra-cabeças do raio do protão, concentrados em entender por que razão o raio dos protões adquiria um valor diferente quando medido com muões, em vez de eletrões.

A equipa da Universidade de York estudou hidrogénio atómico e realizaram uma medição de alta precisão usando a técnica de campo oscilatório separada por desvio de frequência (FOSOF), que desenvolveram para esta medição específica.

A técnica é uma variação da técnica de campos oscilatórios separados, que existe há quase 70 anos e concedeu a Norman F. Ramsey um Prémio Nobel. A medição utilizou um feixe rápido de átomos de hidrogénio, criado pela passagem de protões através de um alvo molecular de gás de hidrogénio.

O método permitiu que os cientistas realizassem uma medição baseada em eletrões do raio de protões, que é diretamente análoga à medição baseada em muões do estudo de 2010. O resultado é consistente com o valor mais baixo encontrado no estudo de 2010.

ZAP //

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