未知的物理學: 質子的半徑在實驗中不停的改變讓科學家們無法解釋

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在2010年,物理學家發現質子大小的不一致。他們取出一個氫原子,並且以緲子(電子的表兄弟,質量較重)交換電子,然後發現在某些未知的理由下,質子的半徑縮短。這個現象一直被稱為質子半徑之謎。

研究小組對一個重氫原子重複做實驗,重氫是氫的一個同位素。然而一旦將電子換成渺子(muon),科學家再一次觀察到原子核大小的不一致。這個發現發表於科學雜誌(Science)。

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渺子是一個基本粒子,比電子重大約200倍。由於太重,當它放進原子時,它比電子更加靠近原子核,而且它的移動能夠被用來研究在原子核裡的粒子特性。

然而,令人驚訝的事實是它不應該改變原子核。電子和渺子有相同的電荷,來保持它們圍繞原子核,但不會影響質子的大小。

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有一些說明這個半徑不一致的解釋飛來飛去。一個想法是我們正看見一個未知力的證據,雖然這是非常不可能。

研究小組認為這個不一致可能不是在新的測量,而是在舊的。先前的質子測量以及使用氫光譜學的重氫子(重氫原子核),可能無法達到相同程度的準確。

來自瑞士Paul Scherrer研究所(Paul Scherrer Institute,PSI)的共同作者Aldo Antognini在一份聲明中說:「當然,它不能是重氫子有兩個不同的大小,正如同質子一樣。」

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「如果我們假設一個帶有氫光譜學的最小實驗性問題,這個神秘可以非常容易地解決。」

由於這項質子大小測量的結果,造成全世界的實驗室一直在為他們的測量儀器升級,以便於能有更準確的測量。還沒有任何的確證這個不一致的確是由比較不準確的測量所造成,但研究小組很高興他們的發現已經導致全球測量儀器的升級。

同樣來自PSI的首席作者Randolf Pohl補充:「如果我們的測量值與先前的值一致,就不會有這個可恨的質子半徑謎,但也決不會有這波全世界的行動,引導一些高度準確測量的設立。」

希望新的測量能夠很快地澄清是否這是實驗的突然轉變,或是某些未知的物理學在起作用。

來源:IFLScience