Verrassende metingen aan het proton en neutrino

Het proton werd in 1919 ontdekt door Ernest Rutherford en het is samen met het electron zo´n beetje het meest bekende en ook best bestudeerde elementaire deeltje. Van het proton zou je verwachten dat ´t helemaal bekend is en dat er niets nieuws meer over te vertellen valt. Maar wat bleek onlangs uit onderzoek door natuurkundigen van het Paul-Scherrer Instituut in Zwitserland: dat het proton 4% kleiner is dan men altijd dacht. De straal van het proton blijkt niet 0,8768 femtometer te zijn, maar 0,84184 fm. Even voor de goede orde: één fm is 10^-15 meter. De ‘oude’ waarde werd verkregen door te kijken hoe een electron in een waterstofatoom overspringt van de ene energiestaat in de andere. Met behulp van de regels van de Quantum Electrodynamica (QED) kan men vervolgens de afmeting van het proton berekenen. Het team onder leiding van Randolf Pohl gebruikte geen electron, maar een muon om de afmeting te meten, da’s een 200 keer zwaardere variant van het electron. Muonen zitten dichter op ’t proton en ‘merken’ dus beter hoe groot het proton is. Door een proton met een daaromheen draaiende muon te beschieten met laserlicht kon men de waarde van de straal van het proton bepalen. In Nature hebben ze er een artikel over gepubliceerd. Bron: 80 Beats.

De massa van het neutrino

Naast de afmeting van het proton heeft men onlangs ook een limiet voor de massa van het neutrino kunnen bepalen. Neutrino’s zijn elementaire deeltjes die met de lichtsnelheid reizen en bijna niet reageren met andere deeltjes. Met gemak kunnen ze dwars door een lichtjaar dikke plaat van lood vliegen zónder een ander deeltje te raken. Van het neutrino heeft men onlangs kunnen vaststellen dat het niet meer massa heeft dan 0,28 eV ^[1]Er zijn drie soorten neutrino’s, het electron-, muon- en tau-neutrino. Die 0,28 eV is het totaal van deze drie neutrino’s., da’s minder dan een miljardste van de massa van een proton, welke 938 MeV bedraagt. Verrassend is niet zozeer de waarde van die bovenlimiet van het neutrino, maar de wijze waarop ze het hebben verkregen: niet door metingen in een deeltjesversneller, maar door te kijken naar sterrenstelsels. Het hele heelal is doordrenkt van neutrino’s en als hun massa boven die limiet uitkomt zouden ze een gravitationeel effect moeten hebben op clusters van sterrenstelsels. Gebruikmakend van de allergrootste 3D-catalogus van 700.000 sterrenstelsels, genaamd de Mega Z DR7 van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) konden kosmologen van het University College London (UCL) de bovenlimiet bepalen. Ze maakten daarbij ook gebruik van informatie van de kosmische microgolf-achtergrondstraling, de fotonenachtergrond in het heelal die een overblijfsel is van de oerknal, waarmee 13,75 miljard jaar geleden het heelal begon. Bron: Science Daily.