一世在德国马克斯·普朗克量子光学研究所最近做的一项实验中，物理学家阿列克谢·格林和他的同事们离解决粒子物理学在过去十年中出现的一个更重要的难题又近了一步。谜题是这样的:通常,当你开始测量的大小,你会得到相同的答案不管你用什么来衡量——饮料罐的直径是否你测量它用卷尺或卡尺(当然这些正确校准,提供)。如果根据设备的不同，你测量的结果不同，那一定是出了什么问题，但这正是在多次测量质子空间范围的尝试中所发生的情况。潜在的危险是我们对现实的积木的理解:不同的测量可能预示着新的力量或粒子的存在。
亚原子颗粒有什么可测量的“尺寸”是什么意思？在数学上，基本粒子是作为点粒子的理想化，这就是说，据我们所知，它们根本没有明显可辨别的空间范围或下部结构。真，所有基本颗粒都与量子机械波包相关联，这在空间程度上具有取决于颗粒的能量。然而，乐高的这些基本位是您可以在原则上将波浪包的实体组成，因为在普朗克规模以幻灯片缩放到幻灯片开始之前，请将其作为您想要的一个区域。基本颗粒组织成类似于迷你周期表的东西，其由携带颗粒如光子和胶（强核力的载体颗粒）组成，以及三代夸克和肝脏和群众产生的HGGS玻色子 - 并且可以以不同的组合堆叠在一起，形成所谓的复合颗粒的动物园。
这种差异可能只是统计学上的偶然现象，概率不到一万亿分之一。
也许最常见和最普遍的就是质子了。每一种元素中都至少有一个，它由两个上夸克和一个下夸克组成，它们在一个紧密结合的轨道上相互跳动，通过交换胶子维持轨道。这个交换过程的能量是如此之大，以至于质子的大部分质量(或者说是构成我们的大部分物质)都来自于胶子中包含的能量——正如爱因斯坦告诉我们的那样，这是一个结果E.等于马克2．
所以问质子的“大小”是没有意义的。Grinin团队的研究强调了这样一个事实:定义这个概念仍然是一件相当棘手的事情。而且，正如我们将看到的，他们的结果有助于澄清为什么研究人员之前使用的其他测量方法不一致的谜团。
物理学家可以从“电荷半径”(夸克轨道的平均空间范围)合理地推断出质子的大小。电子和介子(另一种基本粒子)对这个量的探测方式略有不同，当你探测它们的轨道构型时，电子是质子原子氢原子，介子是介子氢原子。因为介子比电子重约200倍，它们能量最低的轨道构型比氢原子中的电子更紧密地围绕着质子。因此，与普通氢原子相比，介子氢原子中不同轨道的能量差异对质子的大小更为敏感，也更为“高”。
换句话说，类似于如何在给定的张力下采取吉他串产生更高的音符，我们要使它打开，或者在其开放长度的1/200时，由多元氢过渡发出的辐射的典型频率约为比原子氢高200倍。这些频率与称为rydberg常数的东西涉及类比中的吉他串的张力 - 这似乎是不确定的不确定度质子尺寸的潜在更重要的来源之一。轨道能量水平取决于该恒定和质子的充电半径。
质子尺寸测量数十年没有冲突。通过观察氢原子内的电子轨道或通过观察未结合的质子的电能散射的电磁轨道来测量半径的不同方法样品 - 已经收敛于0.875（给予或服用0.006）的幻线计。这略低于万亿毫米。当纸张出现“质子的规模”时，2010年汇合被扰乱了。随着研究人员报告，测量涉及到介子氢的轨道构型，返回值为0.842，误差为0.001飞米。这看起来并没有太大的区别，但真正重要的是伴随的误差条。每个人的测量结果都是如此精确，以至于他们的分歧超过了7个标准偏差——这种差异可能是统计上的偶然现象的概率不到一万亿分之一。
只有两个为反常的结果的可能性，如果在实验中和他们的校准所使用的设备后，仔细推敲所有退房。E.ither some combination of physical constants, which researchers assume in order to experimentally infer the proton charge radius, isn’t known as accurately as we thought, or there is something different about the way muons interact with protons, compared to electrons, that renders particle physics incomplete.
后一种可能性，如果属实，将，当然，引起兴奋的乱舞理论物理学家当中，至少可以说，因为这可能意味着新的力量和粒子的存在。它不仅将重塑我们对宇宙的理解，这将是一种倒退到当物理学家发现粒子的日子（比如介子本身）使用的设备，可以适合在众所周知的桌面。
最新和最受欢迎的文章投递到您的收件箱!
在过去的几年中，各队一直在试图通过查看氢原子是在里德伯常数和电荷半径的不同组合敏感不同的轨道过渡到深究的问题。一个2019测量加拿大约克大学的一组研究人员观察了一个与该常数值无关的特殊轨道跃移，发现其值为0.833±0.010飞米，与在介子氢中获得的较小值一致。
Grinin的球队走得更远了一步。他们使用被称为频率梳光谱的技术。它涉及同样间隔的频率-标尺的在频率空间中的叠加的激光的脉冲，如果你将-使得他们能够看在原子氢的质子大小和里德伯常数的两种不同的组合敏感的两个不同轨道的过渡．这允许他们以前所未有的精确度来确定两者。该技术在光这些跃迁发射-惊人通过任何标准的精确度的频率减少，只有约一部分在十万亿，观测的不确定性。
Grinin的团队不仅发现质子的电荷半径值与介子氢的电荷半径值一致，他们还推断出Rydberg常数更精确的值。这在一定程度上解释了在氢原子的其他测量中所看到的差异(假定的是一个较不准确的值)。
由此看来，Grinin的研究小组在氢原子中获得的质子电荷半径的实验值，正收敛于其他研究人员最初在介子氢中获得的较小的质子电荷半径值。更小的值现在甚至被采用官方的价值国家标准与技术研究所CODATA推荐物理常数列表-核和原子化学家和物理学家的官方年鉴。
尽管这种融合的基础上，实验技术的不断细化，并没有提供新的物理学有些人可能一直希望，即使是最沮丧的理论物理学家可以确认实验艺术，这似乎是使事情更接近的结论。什么仍然没有得到解决就是为什么测量，依靠氢原子光谱不同的方法，质子充半径返回不同的值的原因。神秘，并与它一起，粒子物理学家的希望减弱，暂时禁。
这对一个理论物理学家团队的动机是足够的，由Cliff Burgess在加拿大的周边学院领导，系统地在A中系统地对原子光谱法的所有可能的理论不确定性源编制一系列论文．通过分离出新力和粒子可能留下泄密信号的方式，他们已经坚定地向实验主义者发起了挑战。未来的实验，一如既往，将是这个问题的最终裁决者。
苏博德帕蒂尔是在洛仑兹理论物理研究所在莱顿大学的助理教授。他在@_subodhpatil鸣叫之际。
