關(guān)于質(zhì)子的大小正在進(jìn)行科學(xué)的拔河比賽?？茖W(xué)家無(wú)法就亞原子粒子的大小達(dá)成一致，但是一種新的測(cè)量方法剛剛發(fā)出了一個(gè)強(qiáng)有力的傾向，支持更小的質(zhì)子。

通過(guò)研究電子如何從質(zhì)子中散射出來(lái)，科學(xué)家們?cè)诟ゼ醽喼菁~波特紐斯的杰斐遜實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行PRad實(shí)驗(yàn)，將質(zhì)子的半徑調(diào)整為0.83飛秒，或百萬(wàn)分之一十億分之一米。這比當(dāng)前接受的半徑小約5%，約為0.88飛秒。

新的數(shù)字增加了一系列的測(cè)量結(jié)果，每一個(gè)測(cè)量結(jié)果似乎都屬于兩個(gè)陣營(yíng)中的一個(gè) - 有利于標(biāo)準(zhǔn)半徑或一個(gè)小一點(diǎn)。隨著PRad的新結(jié)果，“如果有的話，質(zhì)子半徑拼圖變得更加令人費(fèi)解，”弗吉尼亞大學(xué)夏洛茨維爾分校的物理學(xué)家Nilanga Liyanage說(shuō)。他于10月23日在夏威夷威可洛亞舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)核物理學(xué)和日本物理學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)議上介紹了這一結(jié)果。

其中電子從氫氣中包含的質(zhì)子中散射出來(lái)的實(shí)驗(yàn)通過(guò)捕獲在掠射角(小至0.6度)處散射的電子，改進(jìn)了先前的電子 - 質(zhì)子散射實(shí)驗(yàn)。這種電子通過(guò)探測(cè)質(zhì)子的最外邊緣來(lái)幫助質(zhì)子的尺寸。

PRad的小半徑與先前的電子 - 質(zhì)子散射測(cè)量以及使用不同技術(shù)進(jìn)行的一些氫半徑測(cè)量相沖突。然而，研究人員警告說(shuō)，結(jié)果仍然是初步的。在將該發(fā)現(xiàn)提交給科學(xué)期刊之前需要做更多的工作，并且其他研究人員會(huì)對(duì)其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)判。

“這是一個(gè)很好的結(jié)果; 這是一項(xiàng)艱難的實(shí)驗(yàn)，“紐約石溪大學(xué)的物理學(xué)家Jan Bernauer說(shuō)道，他從一個(gè)叫做A1合作的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開展了早期的電子 - 質(zhì)子散射測(cè)量。不過(guò)，他說(shuō)，“對(duì)質(zhì)子的真實(shí)尺寸說(shuō)”現(xiàn)在還有點(diǎn)早。“

除了電子 - 質(zhì)子散射，科學(xué)家還使用另外兩種技術(shù)來(lái)測(cè)量質(zhì)子的周長(zhǎng)。一種稱為氫譜的方法使用激光來(lái)研究氫原子的能級(jí)。由于每個(gè)氫原子由單個(gè)質(zhì)子和單個(gè)電子組成，原子的能級(jí)取決于質(zhì)子的大小。2010年引入的另一種技術(shù)類似于氫光譜學(xué)，但氫原子的電子被交換為相對(duì)較重的電子，稱為μ子。

切換器是首先在質(zhì)子尺寸上引發(fā)整個(gè)扭曲的原因。第一次這樣的測(cè)量，發(fā)表在2010年的自然界，提出了一個(gè)意想不到的苗條質(zhì)子(SN：7/31/10，第7頁(yè))。但是，當(dāng)A1電子 - 質(zhì)子散射測(cè)量發(fā)現(xiàn)半徑更大時(shí)，情況進(jìn)一步增強(qiáng)，與舊測(cè)量結(jié)果一致(SN Online：12/17/10)。

與此同時(shí)，新的光譜測(cè)量 - 用普通氫氣制成 - 也是混亂的。其中一項(xiàng)測(cè)量結(jié)果發(fā)表在2017年的“ 科學(xué)”雜志上，發(fā)現(xiàn)半徑很小(SN：11/11/17，第14頁(yè))。7月在巴塞羅那國(guó)際原子物理學(xué)大會(huì)上報(bào)告的另一項(xiàng)研究也是如此。但在5月發(fā)表在“ 物理評(píng)論快報(bào)”上的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大的質(zhì)子半徑。

質(zhì)子的半徑是自然界的重要特性。而對(duì)其規(guī)模的混淆阻礙了科學(xué)家們進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)，例如測(cè)試量子電動(dòng)力學(xué)理論，該理論描述了光和帶電粒子的行為方式。

起初，質(zhì)子半徑的困境讓科學(xué)家們興奮地發(fā)現(xiàn)，這種差異可能會(huì)揭示新粒子或其他物理秘密的存在。但多倫多約克大學(xué)的物理學(xué)家Marko Horbatsch表示，這種解釋現(xiàn)在似乎無(wú)法奏效。

未來(lái)的實(shí)驗(yàn)可以幫助解決分歧，包括即將在瑞士Paul Scherrer研究所建造的MUSE實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)將從質(zhì)子中分散出μ介子。但就目前而言，爭(zhēng)論還在繼續(xù)。“科學(xué)并不像你想讓人們相信的那樣堅(jiān)硬和精確，”Horbatsch說(shuō)。