困扰物理学界十年难题终获解 质子半径精确到0.833飞米

敬业心

    科技日报讯 （记者刘霞）据物理学家组织网近日报道，英国研究人员精确测量出了质子半径：0.833飞米，向解决过去10年来一直困扰物理学家的质子半径之谜迈出了关键一步。解决这一谜团对理解物理定律意义重大，比如描述光和物质如何相互作用的量子电动力学理论。

    科学家们原以为他们知道质子的大小，但2010年，一个物理学家团队测量到质子半径比预期小4%，这让他们困惑不已。至此，研究人员就一直在努力解决这2个质子半径值不一样的难题，这也是当今基础物理学界一个重要的未解之谜。

    此前测量质子半径使用普通的氢，2010年科学家首次使用μ介子氢来确定质子大小。当时，他们研究了一种奇特的原子——其中电子被一个μ介子（电子较重的“表亲”）取代。2017年，科学家使用氢气测得的结果与2010年测得的结果一致；而2018年一项同样使用氢气的实验获得的结果则与2010年前的数值相当。

    在最新研究中，约克大学科学学院的研究人员提出了一种基于电子的新测量方法，来测量质子的正电荷延伸了多远。他们利用自己开发的频偏分离振荡场技术进行了高精度测量。他们在测量中使用了一束快速氢原子束（由质子通过分子氢气靶产生），新方法使他们能够对质子半径进行基于μ介子的测量，与2010年的测量结果相当。

    本次测量得到的质子半径为0.833飞米，不到万亿分之一毫米，比2010年前普遍认为的半径值约小5%。研究负责人、物理与天文学系的埃里克·海瑟尔斯教授说：“确定质子大小所需的精确度，让本次测量成为我们实验室尝试过的最困难的一次。经过8年研究，我们终于做到了。”