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Il protone è più piccolo del previsto

Aiuterà a capire meglio l’atomo di idrogeno, modello per la fisica

25 gennaio, 09:24
L'apparecchiatura laser utilizzata per misurare il raggio del protone (fonte: Aldo Antognini) L'apparecchiatura laser utilizzata per misurare il raggio del protone (fonte: Aldo Antognini)

Il protone, la particella di carica positiva che compone il nucleo dell'atomo, è del 4% più piccolo rispetto a quanto immaginato finora: lo dimostra l'esperimento descritto sulla rivista Science e coordinato dallo svizzero Aldo Antognini, del Politecnico di Zurigo e dell'Istituto di Ottica quantistica del Max Planck Institut a Garching.

“Conoscere la misura del raggio del protone - spiega Antognini - é molto importante per la fisica perché può aiutare a comprendere meglio come è fatto l'atomo di idrogeno. Quest'ultimo, essendo formato solo da un protone e da un elettrone, per la sua semplicità è considerato un atomo modello per la fisica e per questo è alla base di molte teorie".

Per misurare il raggio del protone i ricercatori hanno usato una tecnica nuova per questo tipo di test, conducendo esperimenti sull'idrogeno muonico, ossia su un atomo che, a differenza dell'idrogeno che è composto di un protone e di un elettrone, è costituito da un protone e da un muone (200 volte più pesante dell'elettrone). "Il fatto che il muone sia più pesante dell'elettrone - rileva Antognini - fa sì che le orbite del muone siano molto più vicine al protone, rispetto a quanto gli elettroni siano vicini al protone nell'idrogeno, e ciò le rende più sensibili alla grandezza del protone".

Nell'esperimento i ricercatori hanno prima dovuto creare gli atomi di idrogeno muonico nell'acceleratore di particelle dell'istituto Paul Scherrer a Zurigo. Il risultato è stato ottenuto sparando un fascio di protoni contro atomi di carbonio, da questo si generano pioni che decadono in muoni. Quindi, spiega ancira Antognini, "abbiamo bloccato i muoni in una targhetta di idrogeno, dove hanno preso il posto degli elettroni generando l'idrogeno muonico".
"A questo punto - prosegue l'esperto - abbiamo diretto un fascio laser verso la targhetta di idrogeno muonico e ciò ha fatto modificare le orbite dei muoni. Misurando la differenza energetica tra le orbite dei muoni, prima e dopo che gli atomi sono stati colpiti dal laser, abbiamo dedotto le dimensioni del protone".

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