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一个新的测量支持（稍微）更小的质子的情况

2018-11-19 13:33:29 • 来源：ScienceNews

关于质子的大小正在进行科学的拔河比赛。科学家无法就亚原子粒子的大小达成一致，但是一种新的测量方法刚刚发出了一个强有力的倾向，支持更小的质子。

一个新的测量支持（稍微）更小的质子的情况

通过研究电子如何从质子中散射出来，科学家们在弗吉尼亚州纽波特纽斯的杰斐逊实验室进行PRad实验，将质子的半径调整为0.83飞秒，或百万分之一十亿分之一米。这比当前接受的半径小约5%，约为0.88飞秒。

新的数字增加了一系列的测量结果，每一个测量结果似乎都属于两个阵营中的一个 - 有利于标准半径或一个小一点。随着PRad的新结果，“如果有的话，质子半径拼图变得更加令人费解，”弗吉尼亚大学夏洛茨维尔分校的物理学家Nilanga Liyanage说。他于10月23日在夏威夷威可洛亚举行的美国物理学会核物理学和日本物理学会联合会议上介绍了这一结果。

其中电子从氢气中包含的质子中散射出来的实验通过捕获在掠射角(小至0.6度)处散射的电子，改进了先前的电子 - 质子散射实验。这种电子通过探测质子的最外边缘来帮助质子的尺寸。

PRad的小半径与先前的电子 - 质子散射测量以及使用不同技术进行的一些氢半径测量相冲突。然而，研究人员警告说，结果仍然是初步的。在将该发现提交给科学期刊之前需要做更多的工作，并且其他研究人员会对其优点进行评判。

“这是一个很好的结果; 这是一项艰难的实验，“纽约石溪大学的物理学家Jan Bernauer说道，他从一个叫做A1合作的科学家团队开展了早期的电子 - 质子散射测量。不过，他说，“对质子的真实尺寸说”现在还有点早。“

除了电子 - 质子散射，科学家还使用另外两种技术来测量质子的周长。一种称为氢谱的方法使用激光来研究氢原子的能级。由于每个氢原子由单个质子和单个电子组成，原子的能级取决于质子的大小。2010年引入的另一种技术类似于氢光谱学，但氢原子的电子被交换为相对较重的电子，称为μ子。

切换器是首先在质子尺寸上引发整个扭曲的原因。第一次这样的测量，发表在2010年的自然界，提出了一个意想不到的苗条质子(SN：7/31/10，第7页)。但是，当A1电子 - 质子散射测量发现半径更大时，情况进一步增强，与旧测量结果一致(SN Online：12/17/10)。

与此同时，新的光谱测量 - 用普通氢气制成 - 也是混乱的。其中一项测量结果发表在2017年的“ 科学”杂志上，发现半径很小(SN：11/11/17，第14页)。7月在巴塞罗那国际原子物理学大会上报告的另一项研究也是如此。但在5月发表在“ 物理评论快报”上的一项研究中发现了一个大的质子半径。

质子的半径是自然界的重要特性。而对其规模的混淆阻碍了科学家们进行其他实验，例如测试量子电动力学理论，该理论描述了光和带电粒子的行为方式。

起初，质子半径的困境让科学家们兴奋地发现，这种差异可能会揭示新粒子或其他物理秘密的存在。但多伦多约克大学的物理学家Marko Horbatsch表示，这种解释现在似乎无法奏效。

未来的实验可以帮助解决分歧，包括即将在瑞士Paul Scherrer研究所建造的MUSE实验，该实验将从质子中分散出μ介子。但就目前而言，争论还在继续。“科学并不像你想让人们相信的那样坚硬和精确，”Horbatsch说。

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