一个质子有多大？没有人确切的知道，这是一个问题

新科学家 By Aviva Rutkin

11 August 2016

  实验使用修改过的氢原子来得到质子的大小。Fritz Goro/The LIFE Picture Collection/Getty Images

它是一个有重大影响的亚原子谜。物理学家宣布了一个令人困惑的太小的质子尺寸测量六年之后，我们仍然还不确定正在发生什么的。随今天发布的新数据，这个神秘如果具有任何的东西的话越来越深了。

质子是在原子的原子核内发现的粒子。多年来，质子的半径似乎定在约0.877费姆托米（femtometres）上或小于百万的四次幂分之一。

但在2010 年，在德国加兴的马克斯普朗克量子光学研究所的兰多尔福•颇恩尔使用一种新的测量技术得到了一个令人担忧的不一样的答案。

颇恩尔的团队通过把电子切换为称为μ介子的重粒子改变了氢原子的一个质子、一个电子的组成。他们然后用一束激光轰击了这个改变的原子。测量它能级中造成的变化允许了他们来计算它的核内质子的大小。令他们吃惊的是，它比通过其他手段测量出来的传统值更小4%。

一个2013年的测量巩固了这一发现，这让物理学家来寻找一种"质子半径之谜"的解释。

颇恩尔的实验也对氘应用了这个新的技术，氘是氢的有一个质子和一个中子的同位素-----在它的核心------统称为氘。然而，精确的计算氘的大小用了很多时间。

今天，这个团队已经发表了他们的测量，揭示像质子、氘一样的来的短的：在本例中短百分之零点八。

华盛顿特区乔治华盛顿大学的伊万杰琳·道涅说，这些新的数字表明质子半径问题不会正在消失的，"它告诉我们那儿仍然有个谜，它仍然是非常开放的，允许我们来解决它的唯一的东西是新的数据"。

在颇恩尔和其他人的实验室几个更多的实验正在进行中。一个将回到相同的μ介子技术来测量更重的原子核像氦的大小。另一个计划来同时测量μ介子和电子的散布。

颇恩尔怀疑罪魁可能不是质子本身，而是一个不正确的里德伯常量的测量，一个描述由被激发的原子发出的光的波长的数字。但这个常数是通过其他的精密的实验很好的建立的，因此某些急剧的东西会一定出了错的。

另一种解释提出新的导致意外的质子和μ介子之间相互作用而没有改变它与电子的关系的粒子。

这可能意味着这一难题正在让我们超越粒子物理学的标准模型。颇恩尔说，"如果在未来的一些点有人将发现某些超越标准模型的东西的话，它会是像这个一样的"，有小偏差的第一个，然后另一个和另一个，慢慢的建成一个更雄伟的过渡。

Journal reference: Science, DOI: 10.1126/science.aaf2468

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That could mean the puzzle is taking us beyond the standard model of particle physics. “If at some point in the future, somebody will discover something beyond the standard model, it would be like this,” says Pohl, with first one small discrepancy, then another and another, slowly building to a more monumental shift.

How big is a proton? No one knows exactly, and that’s a problem agrees to indemnify RBI and New Scientist against any claim arising from incorrect or misleading translation

https://www.newscientist.com/article/2100834-how-big-is-a-proton-no-one-knows-exactly-and-thats-a-problem/