A Zürichi Szövetségi Műszaki Egyetem (ETH) kutatói a Science című tudományos folyóirat pénteki számában ismertették méréseik eredményét.

Éveken keresztül a fizikusok két közvetett eljárást alkalmaztak a proton méretének megállapítására. Egyrészt elektronsugárral bombázták a protonokat és mérték, hogy a kölcsönhatás következtében a részecskék milyen messze terelődnek el, másrészt a fizikusok az elektronok viselkedését a hidrogénatomokban is vizsgálhatják.

Utóbbi kísérletek során lézerrel "lövik" a hidrogénatomot, aminek következtében a mag körül keringő elektron magasabb, instabil energiaszintre kerül. Amikor az elektron visszatér az alacsonyabb energiaszintre, röntgensugárzást bocsát ki, amelynek frekvenciája a proton méretétől függ. Mindkét eljárással a kutatók azt az eredményt kapták, hogy a proton sugara 0,88 femtométer (fm - a méter billiomod részének ezredrésze, 10 a mínusz 15-en) - olvasható a Science News hírei között.

Az ETH kutatói Aldo Antognini irányításával két évvel ezelőtt dolgoztak ki egy új eljárást a proton méretének meghatározására: kísérleteik "alanyául" ugyancsak a hidrogénatom szolgált, ám ezúttal az elektronokat kétszázszor nagyobb tömegű "testvéreikkel", a müonokkal helyettesítették.

A müonok "túlsúlya" miatt kifejezettebb az interakció mértéke, viselkedésük sokkal nagyobb mértékben függ a proton méretétől. A müonok által az alacsonyabb energiaszintre való visszatérés közben kibocsátott röntgensugárzás megmérésével a zürichi fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy a proton rádiusza 0,84 femtométer, azaz 4 százalékkal kisebb, mint hitték.

Két évvel később a zürichi kutatók megismételték a kísérletet, és ugyanazt az eredményt kapták. Az új kutatások kizárták a rendszerhibák lehetőségét és a mérések bizonytalansági szintjét 40 százalékra csökkentették.

Carl Carlson amerikai elméleti fizikus szerint, aki nem volt részese a kísérletnek, az apró effektusok kutatása jelentős felfedezésekhez vezethet. A részecskefizika standard modellje szerint az elektronok és a müonok csupán tömegükben különböznek egymástól, ám Carl Carlson, ahogy némely más elméleti fizikus is, nem zárja ki annak a lehetőségét, hogy létezhet egy olyan még fel nem fedezett elemi részecske, amely kizárólag a müonokkal lép kölcsönhatásba. 

"Felfedezése sok mindent megváltoztatna" - vélekedett az amerikai tudós, aki nem zárja ki, hogy ez egy új fizika kezdetét jelentheti. Az elméletet két-három éven belül ellenőrizhetik, amikor a kutatók egy újabb módszert próbálhatnak ki a proton méretének megállapítására. Az amerikai Argonne Nemzeti Laboratórium tudósai, akik együttműködnek a zürichi ETH kutatóival, müonsugarat hoznak létre a protonokat bombázására. Amennyiben a kísérlet ugyanolyan eredményekkel zárul, mint a müon-hidrogén kísérlet, a kutatók szerint ez azt jelenti majd, hogy létezik új fizika.

A standard modell (SM) valamely fizikai jelenségnek, eseménynek vagy rendszernek a szakemberek többsége által elfogadott, de bizonyosan nem teljes matematikai-fizikai leírása. A részecskefizika standard modellje a gravitáció kivételével az alapvető részecskék kölcsönhatásait - az elektromágneses, a gyenge és erős kölcsönhatást - vizsgálja.