收缩的质子

发表在《自然》杂志上的一项新研究表明，质子可能比我们之前认为的要小4%，这一发现可能会促使人们重新评估一些可信的物理定律……

质子是基本的亚原子粒子之一——原子由质子、中子和电子组成(氢原子除外，它没有中子)。

质子的大小是量子电动力学(QED)和光谱学中使用的一个值，但到目前为止，已知的精度仅为1%左右。物理学家显然想要一个更精确的数字，但直到最近才在实验上成为可能。

为了获得更精确的测量，德国马克斯普朗克Quantenoptik研究所的Randolf Pohl使用了一种专门的粒子加速器来改变氢原子，并用一种叫做介子的粒子取代电子——产生介子氢。μ子的电荷与电子相同，但质量大约是电子的200倍。这意味着它的轨道将更接近质子，因此与质子的相互作用更密切，使我们能够更准确地探测质子的性质。

μ子氢只能存活大约一微秒，但这段时间足以用激光脉冲轰击原子，从而使μ子跃迁到更高的能级。当它回落时，它以x射线的形式释放出一些能量。探测和分析释放的x射线的能量告诉我们两种状态之间的能量差。这种能量缺口被称为兰姆位移，是由质子的大小决定的。

这种方法的结果比其他质子测量方法更准确，但它们表明质子实际上比我们想象的要小4%。这可能会对量子电动力学理论产生影响，或者可能意味着里德伯常数可能不正确，里德伯常数是光谱学中使用的一个值，例如用于识别我们在星际尘埃中可以看到的元素。

物理学家们可能会排队检查他们的发现，把实验和计算的每一个元素都放在仔细检查之下，所以我们不得不等待，看看这个测量对现代物理学真正意味着什么——但这可能是一个非常重大的变革。