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2019-10-01物理學家有望解開質子半徑之謎 598 期

Author 作者 編輯部
一顆籃球的半徑有多長,想知道答案拿尺量測即可。但如果測量對象改為質子(proton)呢?量測方式可能更為複雜,且答案難以釐清。因此,此問題被稱為質子半徑之謎(proton radius puzzle),時至今日尚未解開。過去一直有科學團隊試圖解開謎題,但由於測量方式不同,使結果都有落差,導致質子半徑長度依舊無解。但近日,加拿大約克大學(York University)的研究團隊發現,質子半徑可能比過去實驗結果更小。

2010年之前,量測質子半徑的長度有兩種方法。第一是光譜法,利用電子能階(energy level)間接測量半徑長度;第二則是利用核散射,透過向質子發射電子,觀測電子的散射推算半徑。兩方法所得到的半徑接近,約0.876飛米(fs,10-15公尺)。2010年,德國馬克斯普朗克量子光學研究所(Max Planck Institute of Quantum Optics)以緲子氫(muonic hydrogen)作為測量的新方法,結果顯示半徑約為0.842飛米,與過去的實驗結果出現明顯差異。

這次,研究團隊利用新方式進行測量,結果顯示質子半徑約為0.833飛米,與2010年的實驗結果較為接近,再次證實當時的實驗結果,也代表質子的半徑比科學家過去所認為的更小。而目前尚有其他團隊也在進行測量質子半徑的實驗,當更多的實驗結果出現後,學界對於質子半徑的長度將會逐漸達成共識。而當這些基本的物理問題得到解答後,人們對於物理定律將會可獲得更深一層的理解。


 

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