质子半径精确到0.833米

2020-07-12 13:54:11 新闻来源:网络
  最近,英国研究人员精确测量了0.833米的质子半径,这是过去十年来一直困扰物理学家的质子半径谜团的关键一步。解决这一谜团对于理解物理学定律,如描述光与物质如何相互作用的量子电动力学理论,具有重要意义。
  科学家们以为他们知道质子的大小,但2010年,一组物理学家让他们感到困惑,他们测量出质子半径比预期的小4%。到目前为止,研究人员一直在试图解决质子半径不同的问题,这也是基础物理学领域中一个重要的未解谜团。
  质子半径以前是用普通氢测量的,2010年,科学家首次使用μ介子氢来确定质子大小。当时,他们研究了一个奇怪的原子,其中电子被μ介子所取代(电子的"表亲")。2017年,科学家使用氢测量的结果与2010年测量的结果一致,而2018年的实验也使用氢,结果与2010年之前的结果相当。
  在最新的研究中,约克大学科学学院的研究人员提出了一种新的基于电子的测量方法来测量质子的正电荷延伸多远。他们使用自己的频率偏移分离振荡场技术进行高精度测量。他们使用了一束快速氢原子(由质子通过分子氢靶产生),使他们能够基于μ介子测量质子半径,类似于2010年测量的质子半径。
  测量到的质子半径为0.833米,不到1/1000000000000毫米,比2010年前人们普遍认为的半径小了大约5%。这项研究的负责人、物理和天文学系的埃里克·希思尔斯教授说:"确定质子大小所需的精度,使得这一测量成为我们实验室尝试过的最困难的一次。"经过八年的研究,我们终于做到了。
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