I protoni sono tra i mattoni di tutta la materia quotidiana. Una misurazione precisa di questi elementi costitutivi non solo fornisce una solida visione della loro struttura, ma aiuta anche a perfezionare l'interazione tra teoria ed esperimento e quindi a sviluppare ulteriormente l'edificio della fisica. Nel nostro video mostriamo come i ricercatori del PSI sono riusciti a misurare il raggio del protone.
Insieme ai neutroni, elettricamente neutri, i protoni con carica positiva formano il nucleo atomico attorno al quale orbitano gli elettroni con carica negativa. I protoni sono spesso rappresentati come piccole sfere rosse, una semplificazione a cui dobbiamo ricorrere anche nel nostro video. Tuttavia, questa rappresentazione spesso dimentica che il protone, a differenza dell'elettrone a forma di punta, non è affatto una particella elementare, ma che a sua volta è composto da particelle molto più piccole - i cosiddetti quark e gluoni. Queste particelle conferiscono al protone la sua carica positiva e la sua struttura - la distribuzione spaziale delle particelle conferisce al protone la sua dimensione - ed è proprio questa dimensione che deve essere determinata.
A questo scopo, i ricercatori del PSI hanno prodotto il cosiddetto idrogeno muonico, un atomo artificiale composto da un solo protone nel nucleo atomico, orbitato da un muone con carica negativa. Il PSI è l'unico centro di ricerca al mondo in cui è possibile produrre una quantità sufficiente di muoni a bassa energia per tali esperimenti.
La misurazione precisa del raggio del protone aiuta a comprendere meglio la struttura del protone ed è anche la base per determinare la cosiddetta costante di Rydberg, la costante fondamentale più precisamente misurata in fisica. Questa costante è contenuta nelle unità del SI, il Sistema Internazionale di Unità di Misura, in cui sono definiti il chilogrammo, il metro e il secondo. È anche un pilastro importante nella costruzione teorica della fisica. Quanto più precisamente si può misurare il raggio del protone, tanto più precisamente si può determinare la costante di Rydberg e tanto più precisamente si possono calcolare modelli di semplici atomi o sistemi molecolari.
In questo video vi mostriamo come i ricercatori del PSI sono riusciti a misurare il raggio del protone.
Potete trovare maggiori informazioni su questo argomento nell'attuale numero della nostra rivista 5232 numero 1/2023.
Testo: Istituto Paul Scherrer/Benjamin A. Senn
Ulteriori informazioni
- Più luce nel buio - Testo del 2 febbraio 2023
- Il legame tra teoria ed esperimento - Testo del 14 ottobre 2021
- Il lavoratore pesante del Misox - Testo del 14 settembre 2017
- Il mistero del protone continua - Comunicato stampa del 25 gennaio 2013
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Prof. Dr. Aldo Antognini
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