氘核的新测量证实质子半径拼图是真实的

质子的夸克结构。其中有两个夸克和一个夸克。强力是由胶子(波浪)介导的。强力有三种类型的电荷,即所谓的红色,绿色和蓝色。注意,下夸克的绿色选择是任意的;颜色电荷被认为是在三个夸克之间循环。图片来源:Arpad Horvath /维基百科
    一个由来自全球各地的研究人员组成的大型团队在几年前进行了多次重复实验,这些实验显示质子在被μ子轨道运行时的半径不同,而不是电子 – 一个被称为质子半径谜题的发现 – 使用氘核心这一次,并发现了同样的难题。在他们发表在“科学”杂志上的论文中,该团队描述了他们进行的实验,他们发现了什么,并提供了一些可能的想法,以帮助消除这个谜题表明标准模型可能存在一些问题的观点。
                                
                                       
         
        
        
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      科学家已经能够使用绕其旋转的电子电荷计算质子半径(0.88±0.01飞秒),这样做有助于确认有关标准模型的理论。但是,在试图通过使用带负电的μ子(更接近质子的轨道)来提高测量的准确性时,马克斯普朗克研究所的研究人员在2010年发现了一个不同的半径 – 一个与所考虑的半径相差7个。官方价值。这个质子半径之谜已经让物理学家摸不着头脑,因为它表明标准模型在某处出现了错误。在过去六年中,各种研究人员提供了解决这一难题的理论,其中大多数都涉及保护标准模型的方法,但到目前为止,这个难题仍然存在。
在最近的这项努力中,研究人员试图通过在谜题中加入另一块中子,即使用氘核来更深入地了解这个问题。他们的想法是,中子的存在会改变电子和μ子感知质子电荷的方式。他们报告说,他们发现,质子半径的测量值与电子和质子的测量结果仍然不同,约为7.5西格玛。
团队的结果没有为测量差异提供新的解释 – 这仍然是一个难题,但它们确实提供了一些可能的进一步研究途径,例如:改善测量和迫使μ子与质子相互作用的方法,看看是否有任何证据表明工作中存在未知力。
                                                                
                                        
                                        进一步探索:
                                        质子半径拼图可以通过量子引力来解决
                                                                                                        
                                        更多信息:
                                        R. Pohl等人,muonic deuterium的Laser spectroscopy,Science(2016)。 DOI:10.1126 / science.aaf2468
抽象
氘核是最简单的复合核,由一个质子和一个中子组成。氘核特性如均方根电荷半径rd和极化率是理解核力和结构的重要基准。 Muonicdeuteriumμd是由氘核和负μ子μ-形成的外来原子。我们以μd测量了3个2S-2P跃迁并获得rd = 2.12562(78)fm,其准确度是2.7倍,但比CODATA-2010值rd = 2.1424(21)fm小7.5σ。 μd值也比电子氘光谱的rd值小3.5σ。当与电子同位素位移结合时,较小的rd产生小的质子半径rp,类似于来自muonic氢的质子半径rp,放大了质子半径谜题。
新闻稿

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