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《自然》:质子半径可能比以前认为的要小4%

作者:旅游论文
出处:www.lunrr.com
时间:2020-01-15
作者:刘霞资料来源:科技日报发布日期:2010年

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《自然》:质子半径可能比之前想象的小4%

。如果得到证实,它将把粒子物理理论带入新的领域。

根据美国物理学家网络7月8日(北京时间)的一份报告,科学家在新出版的杂志《自然》(自然)中指出,质子半径比以前认为的要小4%。如果这一结论在未来得到进一步证实,这意味着要么解释光和物质相互作用的量子电动力学理论有其自身的问题,要么基于现有质子大小用于计算的许多里德堡常数(原子物理学中的基本常数之一,经验常数)是错误的。不管怎样,这意味着我们需要重写基础物理理论。

一个由德国马克斯普朗克研究所的伦道夫玻尔(Randolph Bohr)领导的、有32名科学家参与的国际研究小组表示,他们最新的实验将精确度提高了10倍以上,结果显示质子半径比先前认为的要小4%。也许用来计算质子大小的里德堡常数会失去它的价值。如果发生这种情况,其他基本计算将不得不修改。

质子是带正电荷的基本粒子,与中子和电子一起构成宇宙的基本元素原子。几十年来,粒子物理学一直使用由质子和电子组成的氢原子作为测量质子大小的基准。

在实验中,科学家用μ子代替氢原子中的电子。μ子是一种带负电荷的基本粒子,质量是电子的207倍。因为它的质量比电子大得多,带负电的粒子可以屏蔽原子核的正电荷。因此,它可以更靠近原子核并产生更多的力,使科学家能够更准确地探测质子的结构。

此外,μ子以不同的能量状态存在,这将影响它们围绕质子旋转的方式。与此同时,质子的大小也会影响这些能量状态以及μ子从一种能量状态转换到另一种能量状态所需的能量。

为了测量质子的大小,研究人员精确地将激光束对准含有μ子的氢原子,以刺激μ子从一种能量状态转换到另一种能量状态。最后,研究人员准确地找到了他们正在寻找的跃迁,并测量了质子的大小。

英国国家物理研究所的杰夫弗劳尔斯(Jeff flowers)表示,如果这项研究得到证实,其意义可能远远大于欧洲粒子物理研究所正在测试的所谓“标准模型”的碰撞,这一碰撞耗资超过100亿美元,它将把粒子物理理论带入新的领域。

巴黎第六大学卡斯特勒布罗塞尔实验室主任保罗因德里卡托(Paul Indyricato)指出,现在许多理论家准备重新计算,需要更多的实验来证实或否定新结论。在接下来的两年里,研究小组将使用相同的设备,并使用含μ子的氦原子进行另一项实验。不管结果如何,它表明物理学仍然被许多需要一个接一个揭开的神秘“面纱”所覆盖。

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