@ 2019.03.12 , 12:00

正确理解质子半径

对质子半径之谜的一项分析有助于定义质子半径的真正含义。

正确理解质子半径
APS/Alan Stonebraker

质子有多大?这看起来是一个直观的问题,但想出一个明确的答案却很难。已经有多项实验报告了质子半径的测量结果,但他们的数值却相差4%(译注:参见相关蛋文甲)。美国西雅图华盛顿大学的Gerald Miller表示,有时人们将这个谜团归于质子的三维电荷密度,但这是一种误解。在新的研究中,Miller展示了如何以光子-质子相互作用来统一地定义质子半径。

质子半径的第一次测量是基于氢原子能级,结果是约0.88飞米。电子被质子散射的实验也给出了相似的结论。但是,在2010年,研究人员测量了渺子氢原子(以渺子代替电子的人造原子)(译注:渺子可参见相关蛋文乙中的内容)的能级跃迁,得到了0.84飞米这一略小的值。

在理解这一分歧之源头的尝试中,研究人员通常把质子半径跟三维电荷分布的“外缘”联系起来。然而,Miller指出,质子的内部并不简单。它包含了相对论性运动中的夸克和胶子,其空间分布(或波函数)取决于质子的动量。测量质子会扰动它的动量,一般也会改变其内部波函数(译注:参见相关蛋文戊)。最终,三维电荷密度无法被定义。

Miller证明,所有相关的实验都能归结于测量同一个东西:质子的电荷形状因子,用于描述质子在与光子相互作用时有多大。利用这种统一的处理方法,Miller希望,在寻找质子半径之谜的答案时,能避免任何无谓的困惑。

这项研究发表在《物理评论C》中。

原文作者:《物理》网站在法国里昂的通讯编辑Michael Schirber
原文日期:2019年3月7日
本文译自 Physics,由译者 cmp0xff 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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