Οι ερευνητές Franz Kottmann και Paul Scherrer στο Villingen της Ελβετίας θέλησαν να μετρήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την ακτίνα του πρωτονίου, ενός από τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία του ατόμου και της ύλης. Εκεί τους περίμενε όμως μια έκπληξη: αντί να βρουν μια ακριβέστερη τιμή της μέχρι τώρα γνωστής, 0,8768 fm= 0,8768 femtometer= 0,8768x10-15 m, προέκυψε μία νέα, μικρότερη τιμή: 0,84184 fm.
Δεν είναι μόνο η απόκλιση της τιμής κατά σχεδόν 4%, η οποία είναι σημαντική ώστε να μπορεί να ερμηνευτεί ως σφάλμα μετρήσεως, αλλά ότι αυτή η διάσταση του πρωτονίου επηρεάζει διάφορες φυσικές σταθερές και, τελικά, όλη την Κβαντική Φυσική, η οποία είναι ο καλύτερα τεκμηριωμένος και μετρημένος τομέας της Φυσικής.
Η εργαστηριακή διάταξη για τη μέτρηση του πρωτονίου
και οι δύο ερευνητές που διεκπεραίωσαν τις μετρήσεις.
Οι δύο ερευνητές είχαν διαπιστώσει κάποιες διαφορές στις μετρήσεις άλλων φυσικών μεγεθών, στις οποίες έπαιζε ρόλο η ακτίνα του (σφαιρικού) πρωτονίου και υπέθεσαν ότι θα έπρεπε να βελτιώσουν τα αποτελέσματα μέτρησης στο τρίτο ή τέταρτο κύριο δεκαδικό ψηφίο. Το αποτέλεσμα τους άφησε εμβρόντητους.
Μια επίπτωση αυτού του αποτελέσματος είναι ότι επηρεάζεται ο υπολογισμός της αλληλεπίδρασης μεταξύ τους φωτός και της ύλης. Επίσης σημαντικό είναι ότι αλλάζει η τιμή της καλύτερα προσδιορισμένης –νόμιζαν οι ερευνητές!- φυσικής σταθεράς Rydberg, με τη βοήθεια της οποίας υπολογίζονται οι φασματικές γραμμές των ατόμων.
Να μην νομιστεί δε ότι η συγκεκριμένη μέτρηση έγινε εύκολα και πρόχειρα: η ιδέα για την υλοποίηση αυτής της μέτρησης μπήκε στη συζήτηση εδώ και 40 χρόνια, οι δε ερευνητές χρειάστηκαν κάπου 10 χρόνια για να συγκροτήσουν τις νέες διατάξεις μετρήσεων, οι οποίες στηρίζονται σε πιο σύγχρονες τεχνολογίες ακτίνων λέιζερ από εκείνες προ 40 ετών.
Ειδικότερα, δημιούργησαν οι ερευνητές ένα «εξωτικό» άτομο υδρογόνου, γύρω από τον πυρήνα του οποίου δεν περιφέρεται ένα αρνητικό ηλεκτρόνιο, όπως ξέρουμε, αλλά ένα αρνητικά φορτισμένο μιόνιο. Πρόκειται για ένα υποατομικό σωματίδιο, επίσης λεπτόνιο όπως το ηλεκτρόνιο, όμως 200 φορές βαρύτερο από αυτό. Σύμφωνα με το σημερινό επίπεδο γνώσεων, τα λεπτόνια είναι σημειακά σωματίδια, ενώ το πρωτόνιο αποτελείται από quarks κι έχει μετρήσιμη ακτίνα.
Λόγω αυτής της διαφοράς βάρους, περιφέρεται το μιόνιο με 200 φορές μικρότερη ακτίνα γύρω από τον πυρήνα, απ’ ότι ένα ηλεκτρόνιο, κι έτσι αλληλεπιδρούν καλύτερα το περιφερόμενο μιόνιο με το μοναδικό πρωτόνιο στον πυρήνα του υδρογόνου.
