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質子半徑精確到0.833飛米

時間:2019-09-09 10:10:33 來源:科技日報

  據物理學家組織網近日報道,英國研究人員精確測量出了質子半徑:0.833飛米,向解決過去10年來一直困擾物理學家的質子半徑之謎邁出了關鍵一步。解決這一謎團對理解物理定律意義重大,比如描述光和物質如何相互作用的量子電動力學理論。


  科學家們原以為他們知道質子的大小,但2010年,一個物理學家團隊測量到質子半徑比預期小4%,這讓他們困惑不已。至此,研究人員就一直在努力解決這2個質子半徑值不一樣的難題,這也是當今基礎物理學界一個重要的未解之謎。


  此前測量質子半徑使用普通的氫,2010年科學家首次使用μ介子氫來確定質子大小。當時,他們研究了一種奇特的原子——其中電子被一個μ介子(電子較重的“表親”)取代。2017年,科學家使用氫氣測得的結果與2010年測得的結果一致;而2018年一項同樣使用氫氣的實驗獲得的結果則與2010年前的數值相當。


  在最新研究中,約克大學科學學院的研究人員提出了一種基于電子的新測量方法,來測量質子的正電荷延伸了多遠。他們利用自己開發的頻偏分離振蕩場技術進行了高精度測量。他們在測量中使用了一束快速氫原子束(由質子通過分子氫氣靶產生),新方法使他們能夠對質子半徑進行基于μ介子的測量,與2010年的測量結果相當。


  本次測量得到的質子半徑為0.833飛米,不到萬億分之一毫米,比2010年前普遍認為的半徑值約小5%。研究負責人、物理與天文學系的埃里克·海瑟爾斯教授說:“確定質子大小所需的精確度,讓本次測量成為我們實驗室嘗試過的最困難的一次。經過8年研究,我們終于做到了?!?/p>


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