精准测量表明质子又“瘦了”

科技日报北京11月7日电 （记者刘霞）美国科学家在最新一期《自然》杂志撰文称，他们借助一种电子散射新方法，对质子半径进行了极为精确的测量，得到新值0.831飞米，小于此前其他电子散射方法测得的0.88飞米，且新值与科学家最近通过μ介子原子光谱法测得的结果相吻合。

据物理学家组织网6日报道，最新实验由PRad协作组在美国能源部托马斯⋅杰斐逊国家加速器实验室内进行，该实验发言人阿肖特⋅加斯帕里安说：“最新结果对解决所谓的‘质子半径’难题至关重要。”

质子由3个夸克组成，位于原子的心脏地带。尽管其无所不在，但仍身负诸多秘密，目前有大量实验旨在揭示其“庐山真面目”，其中包括测得其精确的大小。

2010年之前，质子半径最精确测量来自两种不同的实验方法：电子散射实验和原子光谱测量，这两种方法得出的质子半径约0.88飞米（1飞米=10-15米）。但在2010年，有科学家宣布，他们借助一种新方法——用电子较重的“表兄弟”μ介子取代电子制造出人造氢原子，然后测量该氢原子的光谱，推断出质子半径为0.84飞米。

这种不一致就是加斯帕里安所谓的“质子半径”难题，这也是当今物理学界一个重要的未解之谜。有鉴于此，2012年，由加斯帕里安领导的协作组，希望对电子散射方法进行改进，从而对质子的电荷半径进行更精确测量。

在最新实验中，他们研发了3种新技术来改进电子散射方法测量质子半径，提高了实验精度。他们表示，由于采用新方法，得到的结果非常独特。他们也期待与新光谱得到的值以及全球正在进行的电子和μ轻子散射测量结果做个比较。

PRad合作组联合发言人高海燕称，他们计划接下来使用新实验方法更精确测量氘核和氘核的半径，“我们很有可能将测量精度提高两倍甚至更多”。

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质子被发现已逾百年，很长时间以来，科学家都以为他们知道质子的大小，但2010年后他们又困惑了——质子半径不一样的难题，迄今未解。这种争议，本质上也是一种进步，因为只有更先进的测量，才能发现质子其实并没有一个清晰的物理边界，它与我们在宏观世界中看到的那些球体都不同。但解决这一难题，却对理解物理定律意义重大，因为我们可以更好地描述光和物质如何相互作用，并完善量子电动力学理论。