物理学家有望解开质子半径之谜


发布于: 2020-07-23

一颗篮球的半径有多长,想知道答案拿尺量测即可。但如果测量对象改为质子(proton)呢?量测方式可能更为複杂,且答案难以釐清。因此,此问题被称为质子半径之谜(proton radius puzzle),时至今日尚未解开。过去一直有科学团队试图解开谜题,但由于测量方式不同,使结果都有落差,导致质子半径长度依旧无解。但近日,加拿大约克大学(York University)的研究团队发现,质子半径可能比过去实验结果更小。

2010年之前,量测质子半径的长度有两种方法。第一是光谱法,利用电子能阶(energy level)间接测量半径长度;第二则是利用核散射,透过向质子发射电子,观测电子的散射推算半径。两方法所得到的半径接近,约0.876飞米(fs,10-15公尺)。2010年,德国马克斯普朗克量子光学研究所(Max Planck Institute of Quantum Optics)以缈子氢(muonic hydrogen)作为测量的新方法,结果显示半径约为0.842飞米,与过去的实验结果出现明显差异。

这次,研究团队利用新方式进行测量,结果显示质子半径约为0.833飞米,与2010年的实验结果较为接近,再次证实当时的实验结果,也代表质子的半径比科学家过去所认为的更小。而目前尚有其他团队也在进行测量质子半径的实验,当更多的实验结果出现后,学界对于质子半径的长度将会逐渐达成共识。而当这些基本的物理问题得到解答后,人们对于物理定律将会可获得更深一层的理解。


 

N. Bezginov et al., A measurement of the atomic hydrogen Lamb shift and the proton charge radius, Science, 2019.



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