MAINZ / LONDON (IT BOLTWISE) – Die Debatte um den Proton-Radius erhält neue Impulse durch theoretische Berechnungen, die den kleineren Wert stützen. Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben mithilfe der Quantenchromodynamik und Gitterrechnungen bedeutende Fortschritte erzielt, die das Verständnis der Protonstruktur vertiefen könnten.
Die Diskussion um den Proton-Radius hat in den letzten Jahren an Intensität gewonnen, insbesondere seit einer Messung im Jahr 2010, die mithilfe von myonischem Wasserstoff einen kleineren Wert als bisher angenommen ergab. Diese Messung warf die Frage auf, ob eine neue Physik jenseits des Standardmodells existiert oder ob es sich um systematische Unsicherheiten handelt. Die jüngsten theoretischen Berechnungen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz liefern nun weitere Hinweise darauf, dass der kleinere Wert korrekt sein könnte.
Unter der Leitung von Prof. Dr. Hartmut Wittig haben Forscher der Universität Mainz Gitterrechnungen durchgeführt, die auf der Theorie der Quantenchromodynamik (QCD) basieren. Diese Theorie beschreibt das Kräftespiel im Atomkern, bei dem Quarks durch die starke Wechselwirkung zu Protonen und Neutronen gebunden werden. Die Mainzer Wissenschaftler nutzten die Gitterfeldtheorie, um die elektromagnetischen Formfaktoren von Nukleonen zu berechnen, aus denen sich der Proton-Radius ableiten lässt.
Ein bedeutender Fortschritt gelang den Forschern, indem sie den sogenannten Isovektor-Radius berechneten und experimentelle Daten für den Neutron-Radius hinzuzogen. Inzwischen konnten sie die fehlenden Anteile berechnen und die systematischen Fehler weiter eingrenzen, sodass sie nun vollständig auf experimentelle Daten verzichten können. Diese Ergebnisse bestätigen die früheren Berechnungen und stützen die Hypothese eines kleineren Proton-Radius.
Die Implikationen dieser Forschung sind weitreichend, da sie das Verständnis der Protonstruktur vertiefen und möglicherweise neue Wege in der Teilchenphysik eröffnen könnten. Die Mainzer Forscher haben auch den magnetischen Ladungsradius des Protons berechnet, der ebenfalls Rätsel aufgibt. Diese Berechnungen könnten wichtige Inputs für zukünftige experimentelle Messungen liefern und die Qualität von Gitter-QCD-Rechnungen weiter verbessern.
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