Η ενέργεια διαχωρισμού του μορίου του υδρογόνου που μετρήθηκε από ερευνητές δεν ταιριάζει με τη θεωρητική πρόβλεψη

Στη δεκαετία του 1920, οι φυσικοί έλεγξαν τη νέα κβαντική θεωρία τους υπολογίζοντας την ενέργεια που απαιτείται για να διαχωριστεί το μόριο του υδρογόνου (Η2) σε δυο ελεύθερα άτομα. Η τιμή αυτής της αποκαλούμενης ενέργειας διαχωρισμού έχει από τότε μετρηθεί και υπολογιστεί με αυξανόμενη ακρίβεια, παρέχοντας όλο και πιο αυστηρούς ελέγχους της κβαντικής θεωρίας. Μια νέα μέτρηση ακριβείας που έγινε στο Ελεύθερο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ (Vrije Universiteit ή VU Amsterdam) και στο Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Ελβετίας (Eidgenössische Technische Hochschule ή ETH), στη Ζυρίχη, βελτιώνει τα προηγούμενα αποτελέσματα κατά περισσότερο από μια τάξη μεγέθους και αποκαλύπτει μια αντίφαση-αίνιγμα με τους πρόσφατους υπολογισμούς.

Η ενέργεια διαχωρισμού του Η2 είναι δύσκολο να μετρηθεί άμεσα. Αντί αυτού, οι ερευνητές προσθέτουν τις ενέργειες που απαιτούνται για να χωριστεί το μόριο σταδιακά: πρώτα αφαιρώντας ένα ηλεκτρόνιο για να κάνουν ιόν Η2+, μετά ξεχωρίζοντας το ιόν σε Η+ και Η και τέλος προσθέτοντας πίσω ένα ηλεκτρόνιο στο Η+. Ο Cunfeng Cheng του VU Amsterdam και οι συνάδελφοί του εστίασαν στη μέτρηση της ενέργειας στο πρώτο βήμα ιονισμού, το οποίο έχει τη μεγαλύτερη αβεβαιότητα. Όπως έκαναν άλλες ομάδες, προσδιόρισαν αυτή την τιμή ιονίζοντας το μόριο του Η2, διεγείροντάς το μέσω μιας σειράς ενδιάμεσων σταδίων και αθροίζοντας τις ενέργειες από όλες τις μεταβάσεις. Όμως διάλεξαν μια νέα σειρά μεταβάσεων – μετρώντας μια υψηλής ενέργειας μετάβαση με υπεριώδες φως στο VU Amsterdam και μετά μετρώντας μια χαμηλότερης ενέργειας μετάβαση με υπερακριβές λέιζερ συνεχούς υπέρυθρου κύματος στο ETH.

Η μέτρηση της ενέργειας διαχωρισμού από την ομάδα έχει μια σχετική αβεβαιότητα του 10^-9, έτσι η περιοχή σφάλματος είναι αρκετά μικρή τόσο που η μετρούμενη τιμή είναι καθαρά διαφορετική από την πιο πρόσφατη θεωρητική πρόβλεψη. Οι υπολογισμοί μπορεί απλά να χρειάζονται για να εξηγηθούν τις λεπτές επιδράσεις από τη σχετικιστική κίνηση των ηλεκτρονίων ή τις κβαντικές διακυμάνσεις του κενού. Όμως περισσότερα εξωτικά φαινόμενα, όπως μια πέμπτη δύναμη, είναι πιθανά. Οι υψηλότερης ακρίβειας μετρήσεις θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να προσδιοριστεί το μέγεθος του πρωτονίου.