2019-09-06 05:49:01
测量精确的质子半径以帮助解决长达十年的难题

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约克大学的研究人员对质子的大小进行了精确测量 - 这是解决过去十年全世界科学家们一直关注的神秘事件的关键一步。

科学家们认为他们知道质子的大小,但是在2010年,当一组物理学家测量质子半径值比预期小4%时,这种情况发生了变化,这使科学界感到困惑。从那时起,世界上的物理学家一直在争先恐后地解决质子半径难题 - 这两个质子半径值之间的不一致性。这个难题是当今基础物理学中一个重要的未解决问题。

现在,将发表在“科学”杂志上的一项研究发现了一种新的质量大小测量值,测量值为0.833飞秒,不到一万亿分之一。该测量值比2010年之前的半径值小约5%。

这项由约克大学科学系研究人员领导的研究提出了一种新的电子测量方法,用于测量质子正电荷的延伸程度,并证实了2010年质子比以前认为的要小。

“确定质子大小所需的精确度使这成为我们实验室曾经尝试过的最困难的测量方法,”领导该研究的物理与天文系杰出研究教授Eric Hessels说。

“经过八年的实验,我们很高兴能够记录出这样一种有助于解决难以捉摸的质子半径拼图的高精度测量,”Hessels说。

寻求解决质子半径谜题对理解物理定律具有深远的影响,例如量子电动力学理论,它描述了光与物质的相互作用。

Hessels是一位国际公认的物理学家和原子物理专家,他说,之前的三项研究对于试图解决基于电子和基于μ子的质子大小测定之间的差异至关重要。

与先前使用常规氢的实验相比,2010年的研究是第一次使用muonic氢来确定质子大小。当时,科学家们研究了一种外来原子,其中电子被一个μ子取代,μ子是电子的较重的表亲。虽然使用氢气的2017年研究与2010年基于muon的质子电荷半径测定一致,但2018年的实验(也使用氢气)支持了2010年之前的价值。

Hessels和他的科学家团队花了八年时间专注于解决质子半径难题并理解为什么质子半径在用μ子而不是电子测量时具有不同的值。

约克大学的研究小组研究了原子氢,以了解从补充氢气中获得的偏差值。他们使用频率偏移分离振荡场(FOSOF)技术进行了高精度测量,他们为此测量开发了这种技术。这项技术是分离振荡场技术的一种改进,已有近70年的历史,并获得了诺曼·拉姆齐诺贝尔奖。他们的测量使用了通过使质子通过分子氢气靶产生的快速氢原子束。该方法允许他们对质子半径进行基于电子的测量,该测量直接类似于2010年研究中基于μ子的测量。他们的结果与2010年研究中发现的较小值一致。

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