@ 2013.01.29 , 12:20

质子“缩水”了吗?

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宇宙中一种最常见的粒子为科学家造成了极大的困扰。原子核的基本组成部分之一的质子看起来要比想象中要小。经过长达三年的精心分析和实验,仍然没有人能弄清楚其中缘故。

1月25日发表于《科学》杂志的一项实验反而使这团迷雾更加令人困惑。瑞士巴塞尔大学的物理学家Ingo Sick说:“许多人试着解释这个问题,但是没有人能够阐明差异产生的原因。”

质子大小的问题在2010年首次被提出。当时一项发表于《自然》杂志的论文似乎想要说明,质子比人们一开始所想的要小4%。研究人员们开始轰击包含一个质子和一个电子的氢原子,以此来验证这个问题。当他们在粒子加速器中用电子较重的表亲——μ子轰击氢原子时,μ子偶尔会取代电子。用激光探测μ氢可以获得精确度极高的质子大小测量结果。问题是,测量结果和先前用另两种方式所得的结果相差4%,差距约为0.03飞米。虽然这个差距真的很小,1飞米只相当于0.000000000001毫米,但这仍远远大于其他测量方式的误差范围。

最新的一项实验也使用了μ氢,但测量的是这个原子的一组能级偏移。它的结果和《自然》杂志上论文的结果一致。据瑞士苏黎士粒子物理研究所的物理学家Aldo Antognini称,二者均测得质子的半径为0.84飞米。“第二次测量和先前的结果完全吻合”,他说。

但是,来自伊利诺伊州阿贡国家实验室的核物理学家John Arrington指出,这个结果和其他非μ子方式测定的结果不符。μ子测定质子半径的结果不太可能出错,但是同时其他的测量方式也不太可能出错。到底是谁的错?还是谁也没错?

本文译自 Scientific American,由译者 pwwp2 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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