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2019-10-01物理學家有望解開質子半徑之謎
598 期
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一顆籃球的半徑有多長，想知道答案拿尺量測即可。但如果測量對象改為質子（proton）呢？量測方式可能更為複雜，且答案難以釐清。因此，此問題被稱為質子半徑之謎（proton radius puzzle），時至今日尚未解開。過去一直有科學團隊試圖解開謎題，但由於測量方式不同，使結果都有落差，導致質子半徑長度依舊無解。但近日，加拿大約克大學（York University）的研究團隊發現，質子半徑可能比過去實驗結果更小。
2010年之前，量測質子半徑的長度有兩種方法。第一是光譜法，利用電子能階（energy level）間接測量半徑長度;第二則是利用核散射，透過向質子發射電子，觀測電子的散射推算半徑。兩方法所得到的半徑接近，約0.876飛米（fs，10-15公尺）。2010年，德國馬克斯普朗克量子光學研究所（Max Planck Institute of Quantum Optics）以緲子氫（muonic hydrogen）作為測量的新方法，結果顯示半徑約為0.842飛米，與過去的實驗結果出現明顯差異。
這次，研究團隊利用新方式進行測量，結果顯示質子半徑約為0.833飛米，與2010年的實驗結果較為接近，再次證實當時的實驗結果，也代表質子的半徑比科學家過去所認為的更小。而目前尚有其他團隊也在進行測量質子半徑的實驗，當更多的實驗結果出現後，學界對於質子半徑的長度將會逐漸達成共識。而當這些基本的物理問題得到解答後，人們對於物理定律將會可獲得更深一層的理解。
N. Bezginov et al., A measurement of the atomic hydrogen Lamb shift and the proton charge radius, Science, 2019.