科學家指出質子半徑可能比以前的計算小4%

據美國物理學家組織網7月8日（北京時間）報道，科學家在最新出版的《自然》雜志指出，質子的半徑比以前認為的要小4%。如果這個結論在未來進一步獲得證實，那意味著，要么闡釋光和物質相互作用的量子電動力學理論本身有問題，要么許多基于現有質子大小計算所使用的里德伯常量（原子物理學中的基本物理常量之一，為一經驗常數）是錯誤的。不管是何種情況，都意味著我們需要重寫基礎物理理論。
　　一個由德國馬克斯·普朗克研究所的倫道夫·波爾領導、有32名科學家參與的國際研究團隊表示，他們的最新實驗將精確度提高了10多倍，結果表明，質子半徑要比以前認為的小4%。或許，用來計算質子大小的里德伯常量將失去價值，如果出現這種情況，其他基礎的計算也都要重新修訂。
　　質子是帶正電荷的基本粒子，它同中子和電子一起，組成了宇宙的基本元件——原子。幾十年來，粒子物理學一直使用由一個質子和一個電子組成的氫原子作為基準來測量質子大小。
　　在實驗中，科學家使用μ介子取代氫原子中的電子。μ介子是一種帶負電、質量為電子207倍的基本粒子，由于其質量比電子大許多，所帶的負電可以屏蔽原子核的正電，所以，它能夠同原子核更接近，發生的作用力更大，讓科學家能夠更精確地探測質子的結構。
　　另外，μ介子以不同的能量狀態存在，能量狀態會影響其圍繞質子旋轉的方式，同時，質子的大小也會影響這些能量狀態，也會影響讓μ介子從一種能量狀態躍遷到另一種能量狀態所需的能量。
　　為了測量質子的大小，研究人員精確地讓一束激光束對準包含了μ介子的氫原子，刺激μ介子從一種能量狀態躍遷到另外一種能量狀態，最終，研究人員精確地找到了他們正在尋找的躍遷，也測算出了質子的大小。
　　英國國家物理實驗所的杰夫·弗勞爾斯表示，如果該研究獲得證實，其意義可能要遠遠大于耗資100多億美元的歐洲粒子物理研究所正在進行的測試所謂“標準模型”的對撞，將會把粒子物理理論帶入新的領域。
　　法國巴黎第六大學卡斯特勒·布羅塞爾實驗室主任保羅·印第里卡托指出，現在很多理論學家準備重新進行演算，另外，還需要更多的實驗來證實或者推翻新的結論。在接下來的兩年內，該研究團隊將使用同樣的設備，使用含有μ介子的氦原子再進行一次實驗。不管結果如何，都說明物理學還蒙著很多神秘的“面紗”，需要人們逐一揭開。