Dalam beberapa tahun terakhir, komunitas fisika partikel telah menghadapi permasalahan yang dinamai "puzzle radius proton" (proton-radius puzzle). Masalah ini timbul dari hasil pengukuran jari radius proton yang berbeda-beda dengan menggunakan metode yang berbeda pula. Sebagai contoh, penelitian menggunakan electron-proton scattering dan laser-spectroscopy telah menunjukkan hasil yang tidak konsisten.
Dalam artikel ini, kami ingin memaparkan gagasan untuk mengukur jari radius proton dalam tabrak muon-proton tinggi energi di M2 beam line CERN's Super Proton Synchrotron (SPS). Dalam penelitian ini, kami menggunakan teknologi chamber time-projection (TPC) yang dipenuhi dengan hidrogen tekanan tinggi. Penelitian ini dapat membantu memecahkan puzzle radius proton karena memiliki efek sistematis yang berbeda dengan penelitian electron-proton scattering.
Pada tahun 2018, kami telah melakukan uji coba pengukuran dengan menggunakan detektor tracking silicon di atas dan di bawah prototype TPC untuk mempelajari kemungkinan konsep pengukuran. Dalam artikel ini, kami akan membahas hasil awal analisis data uji coba dan ide-ide untuk eksperimen mungkin di CERN tahun 2022.
Latar Belakang
Jari radius proton adalah parameter yang penting dalam fisika partikel. Nilai jari radius proton dapat diukur dengan menggunakan metode elastic-scattering dan laser-spectroscopy. Namun, hasil pengukuran yang telah dilakukan menunjukkan nilai-nilai yang berbeda-beda. Contohnya, penelitian menggunakan electron-proton scattering oleh Xiong et al. (2019) [1] dan Karr et al. (2019) [2] menghasilkan nilai jari radius proton yang lebih kecil daripada nilai yang diperkirakan sebelumnya.
Sebaliknya, penelitian menggunakan laser-spectroscopy oleh Lin et al. (2022) [3] menghasilkan nilai jari radius proton yang lebih besar. Keduanya hasil tersebut menjadi bagian dari puzzle radius proton.
Mengukur Jari Radius Proton dalam Tabrak Muon-Proton Tinggi Energi
Kami ingin memaparkan gagasan untuk mengukur jari radius proton dalam tabrak muon-proton tinggi energi di M2 beam line CERN's Super Proton Synchrotron (SPS). Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan teknologi chamber time-projection (TPC) yang dipenuhi dengan hidrogen tekanan tinggi.
Dalam penelitian ini, kami menggunakan metode elastic-scattering untuk mengukur jari radius proton. Kami juga menggunakan detektor tracking silicon di atas dan di bawah prototype TPC untuk mempelajari kemungkinan konsep pengukuran.
Pada tahun 2018, kami telah melakukan uji coba pengukuran dengan menggunakan detektor tracking silicon di atas dan di bawah prototype TPC untuk mempelajari kemungkinan konsep pengukuran. Hasil awal analisis data uji coba menunjukkan bahwa penelitian ini memiliki potensi untuk membantu memecahkan puzzle radius proton.
Diskusi
Penelitian ini memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan penelitian electron-proton scattering lainnya. Misalnya, teknologi TPC yang digunakan dalam penelitian ini dapat mengurangi efek sistematis yang timbul dari penggunaan detektor tracking silicon. Selain itu, penelitian ini juga memiliki potensi untuk meningkatkan akurasi pengukuran jari radius proton.
Dalam diskusi ini, kami juga ingin memaparkan ide-ide untuk eksperimen mungkin di CERN tahun 2022. Kami berharap bahwa penelitian ini dapat membantu memecahkan puzzle radius proton dan meningkatkan pemahaman tentang struktur elektromagnetik proton.
Referensi
[1] Xiong, W., Gasparian, A., Gao, H., Dutta, D., Khandaker, M., et al. (2019). "A small proton charge radius from an electron–proton scattering experiment". Nature, 575(7781), 147–150.
[2] Karr, Jean-Philippe; Marchand, Dominique (2019). "Progress on the proton-radius puzzle". Nature, 575(7781), 61–62.
[3] Lin, Yong-Hui; Hammer, Hans-Werner; & Schmidt, Christian (2022). "Proton radius from laser spectroscopy of muonic hydrogen". Nature, 609, 444-447.