p Como você mede a largura de um próton? p Uma régua não vai ajudar e nem um microscópio. Em vez de, envolve o esmagamento de elétrons em prótons quase à velocidade da luz, em seguida, medindo a distância que os elétrons viajam quando eles ricocheteiam, ou espalhar, dos prótons.

p Este método é chamado de espalhamento de elétrons, e uma nova versão foi usada no Jefferson Laboratory pela primeira vez, fornecendo uma das medições mais precisas já feitas para o raio de carga de um próton.

p Os físicos que passam a vida explorando o universo subatômico dizem que esses resultados aproximam a ciência da solução do "quebra-cabeça do raio do próton" - ou explicam por que métodos experimentais diferentes ao longo dos anos criaram duas medições diferentes.

p Por muito tempo, o raio do próton foi medido a 0,88 femtômetros (fm). Então, em 2010, um tipo diferente de experimento surgiu com 0,84 fm, ou cerca de 4% menor.

p Por que uma diferença de 4% em uma escala infinitesimal importa?

p Para um, disse Ashot Gasparian, professor da North Carolina A&T State University e líder da equipe de experimentos, o próton, que fica no coração do átomo, encontra-se na interseção de três ramos principais da física:atômica, nuclear e partícula. Portanto, mesmo uma pequena diferença é um grande negócio - alguns físicos até especularam que os resultados de 2010 poderiam sinalizar uma quinta força da natureza.

p E, para outro, medições mais precisas de partículas subatômicas ajudam a aprimorar o modelo padrão da física de partículas, um modelo que ajuda a explicar como o universo funciona.

p Então, em 2012, Gasparian e sua equipe trabalharam para criar um novo tipo de experimento de espalhamento de elétrons - o primeiro método novo em meio século - para medir o raio do próton. Chamado de experimento PRad, foi dada alta prioridade no Jefferson Lab e seu poderoso acelerador CEBAF.

p "As pessoas procuravam respostas, "Gasparian disse." Mas para fazer outro experimento de espalhamento elétron-próton, muitos céticos não acreditavam que pudéssemos fazer algo novo. "

p Ainda, a equipe criou três ferramentas e métodos.

p O primeiro foi a implementação de um novo tipo de sistema de alvos sem janelas que essencialmente permitia que os elétrons dispersos se movessem de maneira bastante uniforme para os detectores.

p O segundo estava usando um calorímetro em vez de um espectrômetro magnético tradicional para detectar e medir as energias e posições dos elétrons espalhados, enquanto um multiplicador de elétrons de gás recém-construído também detectou as posições dos elétrons com uma precisão cada vez maior.

p E o terceiro estava colocando esses detectores extremamente próximos em uma distância angular de onde o feixe de elétrons atingiu o alvo de hidrogênio.

p "No espalhamento de elétrons, a fim de extrair o raio, temos que ir para o menor ângulo de espalhamento possível, "disse Dipangkar Dutta, membro da equipe e professor da Mississippi State University. "Para obter o raio do próton, você precisa extrapolar para o ângulo zero, que você não pode acessar em um experimento. Portanto, quanto mais perto de zero você pode chegar, o melhor."

p A medição que a equipe fez foi 0,831 fm, essencialmente confirmando a medição de 2010. Seus resultados frustraram as esperanças dos físicos que sonhavam com uma quinta força.

p "O experimento PRad parece fechar a porta a essa possibilidade, "disse Dutta." Isso ainda deve ser confirmado com experimentos semelhantes, mas agora parece que sim. "

p Seus resultados foram publicados recentemente na revista Natureza . A equipe já está trabalhando em mais experimentos no Jefferson Lab para diminuir ainda mais a incerteza no raio do próton, Gasparian disse. Enquanto isso, algumas outras instalações de física nuclear em todo o mundo estão fazendo o mesmo.

p "Se a precisão for melhorada ainda, "disse Gasparian, "pode ​​mostrar que há uma pequena diferença, e isso será muito importante para descobrir uma nova física. Também, esta mesma técnica pode ser aplicada não apenas para medir o tamanho do próton, mas também para outros tipos de medições em que seríamos capazes de olhar além da física do Modelo Padrão. "

p Aonde esses esforços poderiam levar um dia no mundo real?

p "Isso é muito difícil de prever, "disse Dutta." Porque sempre que você faz ciência básica ninguém sabe qual será a aplicação final. "

p Mas existem precedentes significativos, ele disse. Ressonâncias magnéticas, ou scanners de ressonância magnética, veio de alguém tentando medir o spin do próton na estrutura molecular. Transistores de silício, que revolucionou a eletrônica, surgiu de alguém mexendo com pedaços de silício para descobrir como eles se comportam. E as terapias de prótons para tratar o câncer vieram de alguém que tentou medir como o próton deposita sua energia ao passar pelos materiais. p © 2019 Daily Press (Newport News, Va.)
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