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最新消息！在剛剛一項期待已久的實驗結果中，科學家首次發現質子的真實半徑，測量值比之前普遍接受的值要小5%左右，為0.831飛米。這一發現一經公布立刻轟動粒子界，這一歷史性的發現將有助於重新定義該粒子的大小，自2010年以來一直令物理學家迷惑的「質子半徑之謎」正式被揭曉！
質子的大小之謎
質子是粒子界的以一種普遍的亞原子粒子，也是組成原子核的基本成分。經過百年來的探索，科學家已經逐漸揭開了這顆神秘粒子的面紗，質子由兩個上夸克、一個下夸克組成，夸克是目前人類發現的構成物質的最小基本單位。早前，質子的半徑經測量值約為1.6~1.7飛米，半徑約為0.8-0.85飛米，1飛米為1x10^-15m，但是科學家讓然無法確定質子真正的大小，直到2010年一項研究的出現。
在2010年，光譜學的一個新發現初步揭開了質子大小的秘密。在在瑞士維利根的保羅舍爾研究所（PSI），物理學家們用介子代替電子創造出了奇異的氫原子，介子是一種基本粒子，與電子相似，但質量是電子的200倍。由於介子在質子內停留的時間較長，它們的能級受到的影響比電子要大得多。這意味著對質子半徑的介子測量應該比用普通氫精確數百萬倍。最後研究小組測量出了質子半徑為0.84184飛米。
質子大小的測量方法
那麼質子具體到底是怎麼測量的呢？其實物理學家主要使用兩種技術來測量質子的大小。一個是被稱為光譜學的技術，具體表現為觀測電子繞原子核運動的過程。因為在一些電子軌道穿過原子核中的質子時，質子的大小影響電子與原子核結合的強度。通過精確測量不同電子能級之間的差異，進而估算出質子半徑。
還有一種技術是用粒子束撞擊原子，觀察這些粒子是如何從原子核中散開的，事實上這個方法也是發現質子的方法。1918年，英國物理學家歐內斯特·盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，隨後注意到了在使用α粒子轟擊氮氣時他的閃光探測器記錄到氫核的跡象。盧瑟福認識到這些氫核是一種從未發現過的粒子，為了再次確認，他把這種粒子引進電場和磁場中，根據它在電場和磁場中的偏轉，測出了它的質量和電量它就是後來的質子，因此盧瑟福被公認為質子的發現人。
質子半徑之謎被揭曉，比原來縮水5%
然而最新的電子散射實驗正式揭開了質子半徑之謎，該實驗被稱為PRad，科學家通過維吉尼亞州紐波特紐斯的託馬斯·傑斐遜國家加速器設施的CEBAF器得出了該數據，而這個加速器額也是專門被用來測量質子半徑的加速器。在PRad試驗中，科學家向氫分子發射一束電子，並測量一些電子偏轉的過程。之前的散射實驗使用的是高能電子束，它對質子半徑的靈敏度有限，只能外推到低能電子來確定半徑，但是PRad使用的較低的能量避開了這個問題。
為了進一步提高精確度，PRad將氫分子直接注入攜帶電子束的真空管中，而不是像之前的許多實驗那樣將電子束置於金屬容器中。這意味著沒有電子會撞擊金屬並幹擾測量。此外，研究小組還同時測量了質子束和電子束的散射情況，並比較了這兩種類型的散射。結果表明該粒子的半徑為0.831飛米，這一結果讓科學家重新認識了質子！
有趣的是，在最近，有科學家利用普通氫進行的光譜改進實驗發現了一個縮小了的質子，據了解，他們花了八年時間完善光譜學技術來研究介子的半徑，這項研究的團隊發現了半徑為0.833毫米特的介子，而最新的質子實驗結果這與介子實驗的結果基本一致。但是在巴黎索邦大學進行的更為傳統的光譜學實驗仍然不同意這一結果，因為這是散射實驗第一次發現了一個比原來更小的質子。而來自劍橋麻省理工學院的物理學家簡·伯納（Jan Bernauer）並不完全相信PRad的結果，他曾試驗過早期的散射測量，發現了一個更大的質子。但是PRad的測量精確度幾乎已經達到了目前技術的最高水平，或許在未來，質子的大小基本都不會有太大的變動了！