Eksperimen hidrogen bertenaga laser memecahkan misteri ukuran proton yang sudah lama ada
Fisikawan di Colorado State University telah mengukur jari-jari proton hidrogen dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya, membantu menyelesaikan kesenjangan selama satu dekade yang menimbulkan pertanyaan tentang salah satu partikel paling mendasar di alam. Tim menentukan radius proton sekitar 0,84 femtometer, atau kurang dari sepersejuta meter. Hasilnya berbeda dari nilai yang diterima sebelumnya yaitu 0,876 femtometer dan sejalan dengan pengukuran terbaru yang menunjukkan bahwa proton sedikit lebih kecil dari perkiraan para ilmuwan. Temuan ini membantu menutup apa yang disebut “teka-teki radius proton,” sebuah perdebatan panjang yang muncul ketika metode eksperimental yang berbeda menghasilkan pengukuran ukuran proton yang bertentangan. Selama bertahun-tahun, fisikawan memperoleh satu nilai ketika mengukur atom hidrogen menggunakan elektron. Namun eksperimen yang menggunakan muon, sepupu elektron yang lebih berat, secara konsisten menunjukkan jari-jari proton yang lebih kecil. Ketidakcocokan tersebut memicu spekulasi bahwa ilmu fisika yang tidak diketahui dapat mempengaruhi hasil. Presisi mengakhiri perdebatan. Pengukuran baru menunjukkan sebaliknya. Menurut para peneliti, hasilnya sesuai dengan prediksi dari Model Standar, kerangka yang menggambarkan bagaimana partikel fundamental berinteraksi. Studi ini juga mengurangi kemungkinan bahwa gaya atau partikel yang sebelumnya tidak diketahui bertanggung jawab atas perbedaan tersebut. “Tes kami menunjukkan kesesuaian yang tepat dengan teori mengenai ukuran proton hingga tingkat akurasi bagian per triliun, menghilangkan kemungkinan adanya gaya atau partikel baru yang bertanggung jawab atas perbedaan dalam kasus ini,” kata Dylan Yost, profesor di Departemen Fisika Universitas Negeri Colorado. “Hal ini akan mengubah Model Standar secara signifikan dan merupakan sesuatu yang dicari para peneliti,” tambahnya. Untuk melakukan pengukuran, para peneliti menghasilkan berkas atom hidrogen di dalam ruang vakum dan menggunakan laser ultraviolet untuk merangsang elektron di antara tingkat energi yang berbeda. Karena ukuran proton secara halus mempengaruhi perilaku elektron di sekitar inti, tim dapat menyimpulkan jari-jari proton dengan mengukur transisi energi tersebut secara tepat. Eksperimen ini juga berfungsi sebagai ujian elektrodinamika kuantum, teori yang menjelaskan interaksi antara cahaya dan materi. Metode laser baru Salah satu tantangan terbesarnya adalah mendapatkan pengukuran bersih dari atom hidrogen yang bergerak cepat, yang hanya berinteraksi dengan sinar laser dalam waktu singkat. Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim mengembangkan teknik baru yang menggunakan dua bidang laser secara bersamaan. “Atom-atom ini bergerak sangat cepat dan tidak berinteraksi dengan laser dalam waktu lama, sehingga dapat menghilangkan sinyal yang kita cari,” kata Ryan Bullis, Ph.D. mahasiswa dan penulis utama studi tersebut. “Kami mengembangkan teknik baru yang menggunakan dua bidang laser secara bersamaan untuk meningkatkan ketepatan pengukuran kami.” Hasilnya dikonfirmasi secara independen oleh tim di Max Planck Institute menggunakan pendekatan pengukuran yang berbeda, yang semakin memperkuat keyakinan terhadap ukuran proton yang direvisi. Para peneliti mengatakan teknik laser yang dikembangkan selama proyek tersebut sekarang akan diterapkan pada bentuk hidrogen yang lebih kompleks, termasuk deuterium, untuk menyelidiki aspek fisika atom lainnya. Yost mengatakan penelitian ini menunjukkan bagaimana eksperimen meja yang presisi dapat melengkapi fasilitas besar seperti akselerator partikel dalam pencarian fisika baru dan pengujian lebih dalam terhadap teori yang sudah ada.
Diterbitkan : 2026-06-02 23:53:00
sumber : interestingengineering.com
