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第一百一十六章 质子半径之谜（第2页）

“老师，如今的物理界最新的研究，对于质子的半径有精准的数字吗？”

副驾驶中，徐川朝着导师问道。

陈正平扭头看了眼徐川，好奇的问道：“你怎么突然对这个感兴趣了。”

“哦，之前在普林斯顿开交流会的时候，去那边蹭了几堂数学课和物理课，课程上有教授聊到的这方面的东西。”

徐川先简单的解释了一下来源，接着道：“后面我去查阅了一下这方面的资料，发现目前的物理界好像并没有一种方法能精确的得到原子中质子的精准半径的样子。”

“最精准的数字是光谱学实验方法和带电粒子与质子的散射定义测试出来的0.8768飞米左右。”

“但后面好像这个数字出问题了，用普通电子的兰姆位移测得的质子半径，只有0.833飞米的样子？”

徐川一脸感兴趣的问道。

陈正平盯着前方的车流，打了一下方向盘绕开了一辆大货车后，道：“嗯，这的确是在近几年出现的一个新问题。”

“在2010年之前，物理学界通过光谱学实验方法和带电粒子与质子的散射实验测得的质子半径都在0.8768飞米左右，所以一致认为质子半径就是这个数字了。”

“但2010年的时候，出现了不同的分歧，在一项光谱学的质子半径测量实验中，研究人员为了推进质子的精准半径数值，使用了μ子替代了电子。”

“μ子性质与电子相近，但质量是电子的200倍，而越重的质子在测试中停留的时间更久，因而能级受质子大小的影响更显着。”

“因此，相比于电子，通过μ子算得的质子半径应当更加精准，但在这次实验中，实验结果给出的质子半径是0.飞米——质子半径变小了。”

“这一项实验结果让当时的研究人员有些措手不及，但此后，更多的光谱学实验进一步印证了偏小的质子半径。”

“而在12年初的时候，枫叶国约克大学的研究团队就指出，不仅是μ子——在改进了实验设备后，用普通电子的兰姆位移测得的质子半径，也只有0.833飞米。”

“而通过散射实验得到的质子半径，却始终停留在0.8768飞米左右。”

“也就是说两种不同的测试方法，产生了5%的差距，这百分之五的差距，被称作‘质子半径之谜’。”

“截止到现在，为什么会有百分之五的差距，到底是怎么产生的都没有弄明白，所以就称为粒子物理上的一个新谜题。”

“怎么，你小子对这一块感兴趣？”

说到最后，陈正平笑着扭头看了一样副驾驶上的徐川，顺带看了下后视镜，准备切换车道下高速。

“的确挺感兴趣的，在普林斯顿整理完weyl-berry猜想的证明论文后，我看了一些这方面的论文和资料。”

“在粒子物理的标准模型中，质子并不是最基本的粒子，而是由夸克构成的。”

“如果是要准确地回答质子半径这个问题，首先要定义质子的半径。”

“由量子力学的基本原理，质子并不是一个具有确定半径的小球，而是一团物质分布（想象一下氢原子的电子云）。”

“根据这种基本原理，质子半径，更准确的应该称之为质子的电荷半径，指的就是这团物质电荷分布距中心的方均根距离。”

“即--γe=√e=√∫d3rγ2pe（r）q；pe（r）是质子电荷分布密度，q为质子总电荷量。”

“根据这个数学公式，可以通过类氢原子的能谱和电子质子的散射实验来确定质子的半径。”

“而将电子换成μ子，标准模型中电子和μ子的唯一区别就是质量，所以用μ子做实验的话只需将所涉及公式中的电子质量换作μ子质量即可......”