大家好,这里是小编。

质子作为构成原子的核心粒子,其大小的测量一直是物理学界的重要课题。

1919年,卢瑟福通过阿尔法粒子轰击氮原子实验确定质子存在后,科学家们长期使用两种方法测量其电荷半径:打靶法用高速电子轰击质子,通过散射轨迹推算大小;光谱法观察氢原子光谱的兰姆位移,利用量子电动力学关系计算半径。

这两种方法一度给出一致结果,质子半径约为0.877飞米,让学界安心。

打开网易新闻 查看精彩图片
打开网易新闻 查看精彩图片

2010年,一项新实验打破了这种平静。物理学家用缪子替代氢原子中的电子,构成缪子氢原子进行测量。

缪子是电子的胖表哥,质量是电子的207倍,寿命仅2.2微秒,但因质量大,离原子核更近,与质子重叠程度更高,能更敏锐感知质子大小,提升了测量精度。

这次实验得到的质子半径约为0.84飞米,比之前公认值小4%。

在精密物理领域,这一差异足以引发轰动,要么是测量方法有系统误差,要么是对质子或量子动力学的理解存在缺陷,质子半径之谜由此产生。

打开网易新闻 查看精彩图片
打开网易新闻 查看精彩图片

为解开谜团,科学家们从两方面努力:一方面完善缪子实验,设计更巧妙的方案排除干扰,证明方法可靠;另一方面升级传统方法,用更精细手段反复核查,寻找忽略的系统误差。

经过十几年修正,近年两项互补实验,超高精度电子散射和超精密氢原子光谱测量,均给出0.84飞米的结果,终于确认质子半径的精确值。

原来差异并非源于新物理,而是过去的测量尺子不够精确。

打开网易新闻 查看精彩图片
打开网易新闻 查看精彩图片

这次波折并非徒劳。新实验的高精度结果完美符合量子电动力学预言,进一步验证了基础理论的正确性。它诠释了科学发展的真谛:精确测量与深刻理解互相促进。

从认为质子是基本粒子,到发现其由夸克组成,再到精确测量半径,人类对物质世界的认知逐步深入。

打开网易新闻 查看精彩图片

每一次微小修正,都是向未知宇宙迈进的一大步,也为未来更高精度的测量和新物理现象的发现铺平了道路。