令人难以置信的萎缩质子引起了人们的注意

 作者:督呦     |      日期:2019-02-04 09:03:05
作者:Kate McAlpine质子有多大最精确的测量结果表明它比我们想象的要小这可能是由于一个错误 - 或者它可能只暗示全新的粒子物理国际科学和技术委员会(CODATA)的Peter Mohr说:“这项新实验提出了一个没有明显候选解释的难题”该委员会负责计算物理学基本常数的值,他们没有参与新工作 像大多数量子物体一样,质子在边缘周围是模糊的其大小由其正电荷的程度而不是清晰的物理边界来定义该电荷半径不能直接测量,但可以从氢原子推断,氢原子由质子和电子组成电子可以位于各种能量“壳”中,每个壳具有不同的空间分布一个壳的分布需要电子进出质子,另一个完全位于质子之外使用称为量子电动力学(QED)的理论,可以将这两种壳的能量结合起来推导出质子的半径但是有一种方法可以使这种测量更加准确:用μ子代替电子该粒子也带负电,但比电子大得多,因此它的能量壳更靠近质子半径并与质子半径重叠德国Garching的马克斯普朗克量子光学研究所的Randolf Pohl表示,创建这样一个“muonic原子”自1969年以来一直列入待办事项列表,当时它首次被提议作为QED的测试但是实验的起点 - μ子的第二到最低的壳 - 在普通条件下持续不到一微秒,这还不足以测量它的能量 Pohl和他的同事最近才开发出一种装置,可以延长该状态并使用muonic原子测量质子的半径他们将缓慢移动的μ子送入一个弥散氢气的容器中,压力是大气压力的千分之一当μ子锁定在氢原子核上时,它们始于高能壳他们中的大多数直接降到能量最低的外壳,但是百分之一落到了第二低的外壳然后,该团队有一个微秒长的窗口,用激光脉冲调整这些电子的频率,精确到将它们推入下一个外壳并测量其能量所需的频率令他们惊讶的是,当他们将这种测量结果与下面的壳的能量结合起来时,他们的计算显示质子半径为0.84184毫微微米,小于万亿分之一毫米,比使用氢原子收集的质量小4%这是两个实验结果之间比预期更大的差异 “有关理论家告诉我们,如此大的错误是”不可能的“,”波尔说莫尔认为问题可能在于其中一个测量值出现错误;无论是氢原子还是μ子原子,或计算中的误差尽管Karshenboim也是马克斯普朗克量子光学研究所的CODATA成员,他正在押注muonic原子研究中的一个错误,因为它“与另一个令人信服的结果相矛盾”然而,如果排除这样的错误,那么差异将指向QED的问题,QED是支撑大部分粒子物理学的理论这种缺陷为原子中的新物理学打开了大门,例如以前未知的粒子 Pohl坚持他的实验结果,但警告不要跳到这个结论 “新的物理学当然可以用来解释任何差异,但在提出这样的要求之前,还有很多艰苦的工作要做”期刊参考文献:Nature,DOI: