精準測量表明質子又“瘦了”

科技日報北京11月7日電 （記者劉霞）美國科學家在最新一期《自然》雜誌撰文稱，他們藉助一種電子散射新方法，對質子半徑進行了極為精確的測量，得到新值0.831飛米，小於此前其他電子散射方法測得的0.88飛米，且新值與科學家最近通過μ介子原子光譜法測得的結果相吻合。

據物理學家組織網6日報道，最新實驗由PRad協作組在美國能源部托馬斯⋅傑斐遜國家加速器實驗室內進行，該實驗發言人阿肖特⋅加斯帕裏安説：“最新結果對解決所謂的‘質子半徑’難題至關重要。”

質子由3個夸克組成，位於原子的心臟地帶。儘管其無所不在，但仍身負諸多秘密，目前有大量實驗旨在揭示其“廬山真面目”，其中包括測得其精確的大小。

2010年之前，質子半徑最精確測量來自兩種不同的實驗方法：電子散射實驗和原子光譜測量，這兩種方法得出的質子半徑約0.88飛米（1飛米=10-15米）。但在2010年，有科學家宣佈，他們藉助一種新方法——用電子較重的“表兄弟”μ介子取代電子製造出人造氫原子，然後測量該氫原子的光譜，推斷出質子半徑為0.84飛米。

這種不一致就是加斯帕裏安所謂的“質子半徑”難題，這也是當今物理學界一個重要的未解之謎。有鑑於此，2012年，由加斯帕裏安領導的協作組，希望對電子散射方法進行改進，從而對質子的電荷半徑進行更精確測量。

在最新實驗中，他們研發了3種新技術來改進電子散射方法測量質子半徑，提高了實驗精度。他們表示，由於採用新方法，得到的結果非常獨特。他們也期待與新光譜得到的值以及全球正在進行的電子和μ輕子散射測量結果做個比較。

PRad合作組聯合發言人高海燕稱，他們計劃接下來使用新實驗方法更精確測量氘核和氘核的半徑，“我們很有可能將測量精度提高兩倍甚至更多”。

總編輯圈點

質子被發現已逾百年，很長時間以來，科學家都以為他們知道質子的大小，但2010年後他們又困惑了——質子半徑不一樣的難題，迄今未解。這種爭議，本質上也是一種進步，因為只有更先進的測量，才能發現質子其實並沒有一個清晰的物理邊界，它與我們在宏觀世界中看到的那些球體都不同。但解決這一難題，卻對理解物理定律意義重大，因為我們可以更好地描述光和物質如何相互作用，並完善量子電動力學理論。