科學家稱質子質量比想像中輕

2021-01-15 雙子天文


一個國際研究團隊的最新實驗稱,對單個質子的質量進行了最精確測量,結果其比之前實驗值更小。新研究有助於揭開宇宙中物質比反物質更多的謎團。

 

德國馬克斯·普朗克核物理研究所的斯文·斯特姆帶領國際團隊,在一個被抽成真空並冷卻到絕對零度(-273.15℃)的1.5升密封罐內進行了測量實驗。他們用電子束撞擊密封罐內的塑料靶標,使其釋放出質子,然後用離子阱裝置將單個質子「囚禁」在電磁場內。質子在磁場內做環形運動,通過測量加速度,可以推算出單個質子的質量。



斯特姆團隊發表在預印本網站arxiv.org上的結果,已經提交給科學技術數據委員會(CODATA)。該委員會專門負責收集基本物理學測量數據並定期出版,以供科學界參考使用,再過幾個月,最新版物理學標準數值即將修訂出版。「最新測量所用的實驗方法非常複雜,但結果真的非常精確。雖然比之前實驗測得的數值更小的原因還不清楚,但我們會認真考慮如何處理。」CODATA成員皮特·摩爾說。

 


每個原子至少包含一個質子,這意味著,準確測量質子的大小、電荷和質量等基本特性,有助於解決許多重要物理學問題。比如,用類似方法測量反質子的質量,可以比較質子與反質子的質量差,科學家可據此調整與「為何宇宙中物質遠超反物質」相關的實驗,為這些困擾物理界多年的難題找到答案。


相關焦點

  • 最新測量表明質子質量比想像的輕
    最新測量表明質子質量比想像的輕 或助解答物質比反物質多等物理學問題 2017-07-05 科技日報 聶翠蓉   據《新科學家》雜誌網站7月3日報導,一個國際研究團隊的最新實驗稱,對單個質子的質量進行了最精確測量,結果其比之前實驗值更小。
  • 最新測量表明質子質量比想像的輕|每日科學
    為了給設備「延壽」並降低汙染,科學家產生了藉助海洋可再生能源的想法。據中船重工710所高級工程師田振華介紹,海洋中蘊含著巨大能量,以潮汐能、波浪能、溫差能等形式存在。其中,溫差能是利用水體垂向溫度差異汲取能量,其在全球海洋能中儲量最大,具有可再生、清潔、輸出波動小等優點,尤其適合在大洋中做垂向運動的Argo浮標。
  • 科學家首次測定:膠子對質子質量的直接貢獻為80%以上
    物理學家組織網圖美國物理學家在新一期《物理評論快報》雜誌撰文稱,他們藉助光子—質子碰撞,首次對一種名為J/ψ介子的亞原子粒子進行了測量。初步結果表明,膠子對質子質量的直接貢獻為80%以上。研究人員稱,測量在以前未探索過的能量區域進行,有望開闢新研究領域。J/ψ介子由一個粲夸克和一個反粲夸克組成,由光子—質子碰撞產生,因此攜帶有質子中膠子的信息。
  • 膠子對質子質量的直接貢獻為80%以上
    美國物理學家在新一期《物理評論快報》雜誌撰文稱,他們藉助光子—質子碰撞,首次對一種名為J/ψ介子的亞原子粒子進行了測量。初步結果表明,膠子對質子質量的直接貢獻為80%以上。研究人員稱,測量在以前未探索過的能量區域進行,有望開闢新研究領域。
  • 質子比想像的還小——物理定律可能因此改寫
    ——圖片由Dorling Kindersley, Getty Images提供  組成原子的質子可能比我們想像的還小-這個意外的發現有可能改變一些已經取得最廣泛認同的物理定律。  雷射發現更小半徑質子  在一個歷時10年的實驗中,由德國加爾興馬普量子光學研究所Randolf Pohl 領導的實驗小組,用一種特殊的粒子加速器來改變只有一個質子和電子組成的氫原子的速度。  他們用質量比電子大200倍的介子替換每個氫原子的電子。
  • 原子核聚變中質子與中子數都沒有改變,虧損的質量來自哪裡? - 星辰...
    在這個話題中其實有兩個問題,因為我們需要了解損失的這些質量去哪裡了,、?然後還要搞清楚這些質量來自哪裡?為什麼要倒過來說,因為根據現象尋找本質是我們科學的學習方法,咱不妨來了解下!一、核聚變中,虧損的質量去哪了?
  • 膠子對質子質量的直接貢獻為80%以上—新聞—科學網
    美首次在光子—質子碰撞中測量J/ψ介子表明
  • 天體物理學家告訴你質子的質量從哪來?
    碳原子由六個質子和六個中子組成,但如果你測一下碳原子的質量,它大約比組成它的各個成分的總和輕0.8%。罪魁禍首是核約束性能源;當你把原子核結合到一起時,它們的總質量比構成它們的質子和中子的質量之和要小。碳是由氫聚變成氦,然後再由氦聚變而來;大多數類型恆星在主序星與紅巨星階段都會通過這種過程釋放能量。
  • 物質的質量來自哪裡?進入質子內部看看
    質子是由兩個上夸克和一個下夸克組成的(中子則是由一個上夸克和兩個下夸克組成),但是當我們把三個夸克的質量加起來時,卻發現夸克的質量之和比質子質量的0.2%還要少。(膠子本身是無質量的,而電子的質量不到質子質量的0.06%。)這是為什麼?這其中的原因與一種對我們來說非常違反直覺的力有關——強核力。
  • 物理學家們終於計算出了質子質量的來源
    質子的質量不僅僅是其各個部分的總和。現在,科學家們才知道是什麼導致了亞原子粒子的重量。質子由什至由較小的稱為夸克的顆粒組成,因此您可能希望簡單地將夸克的質量相加即可得到質子的質量。但是,這個數字太小了,無法解釋質子的體積。
  • 科學家反向推算最輕中微子的質量
    北京時間8月29日消息,據國外媒體報導,在一項新研究中,科學家使用了有關整個宇宙結構的數據,對宇宙中最小、最難研究的組成部分之一的質量進行測量。▲這張照片顯示的是一個圓柱形反中微子探測器的內部。
  • 科學家發現了101號元素的最輕同位素
    鍆(mendelevium)是元素周期表中的第101號元素,美國勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)的科學家們發現了這種人造元素的一種最輕的同位素。同位素是具有相同質子數,不同中子數的同一元素。《物理評論快報》雜誌6月23日報導,LBNL與加州大學伯克利分校等合作,利用88英寸回旋加速器製造了鍆-244,這是101號元素的最輕同位素。
  • 炸藥爆炸質量會發生變化?化學反應質量守恆!但質量真的減少了!
    因為在俄國科學家羅蒙索諾夫在1756年就發現了,而且拉瓦錫通過大量定量實驗,發現在化學反應過程中,參與反應的各物質總量等於反應生成後的物質總量!這就是著名的質量守恆定律,當然這個理解在宏觀意義上是沒有問題的,事實上儘管化學變化中質子與中子以及核外電子的數量並沒有發生變化,但核外電子的位置發生了變化,從理論上來看這會產生質量變化,當然在中學化學中我們還知道了另一個概念!
  • 科學家發現人造元素鍆的最輕同位素
    新發現的鍆-244是鍆的第17種同位素,同時也是最輕的。鍆是元素周期表上的101號元素,名字為紀念元素周期表的建立者19世紀俄羅斯化學家門捷列夫。鍆最早由伯克利實驗室的科學家於1955年創造,是伯克利實驗室的科學家發現或幫助發現的16種其他元素之一。同位素是一種元素形式,其原子核中的中子(不帶電粒子)比其他形式的元素更多或更少。
  • 原子核聚變後中子與質子數都不變,虧損的質量來自哪裡?
    在這個話題中其實有兩個問題,因為我們需要了解損失的這些質量去哪裡了,、?然後還要搞清楚這些質量來自哪裡?為什麼要倒過來說,因為根據現象尋找本質是我們科學的學習方法,咱不妨來了解下!一、核聚變中,虧損的質量去哪了?
  • 質子到底有多大?科學家初步解決質子半徑之謎
    物理學界近10 年來出現了質子半徑之謎,原因是2010 年時科學家測量出質子半徑比預期還小4%。現在,一項耗費8 年時間的物理實驗測出質子精確半徑,並表明質子比我們以前認為的還更小。粒子物理標準模型中,質子是由2 個上夸克與1 個下夸克組成的強子,所以質子並非基本粒子;確切形容的話,質子沒有明顯表面,不是教科書在介紹原子時示意的那種光滑小球體,從技術上講,質子既然由3 個帶電夸克借強核力捆綁而成,實際上更像「模糊的雲」,我們怎麼定義雲的半徑?物理學家依靠電荷密度,類似雲中水分子的密度。
  • 科學家從未找到質子衰變證據,它是宇宙中的永恆力粒子嗎?
    據我們所知,質子是一個真正穩定的粒子,從未被觀察到衰變。由於粒子物理學的各種守恆定律,質子只能衰變成比其本身輕的粒子。它不能衰變成中子或三個夸克的任何其他組合。衰變必須保留電荷,這告訴我們最終仍然需要帶正電的粒子。為了節省能量和動量,我們需要至少產生兩個粒子,而不是一個。
  • 國際科學團隊成功揭開質子質量之謎
    憑藉目前世界最強大計算機的運算能力,法國、德國和匈牙利的物理學家發現:95%的質子質量由夸克和膠子的能量轉化而來,以此確認了描述粒子間強相互作用理論的有效性,並從粒子學角度證明了愛因斯坦著名的質能公式
  • 質子電子質量120億年未發生變化
    >  一個國際研究團隊根據來自歐洲南部天文臺甚大望遠鏡(VLT)的數據發現,經過超過120億年的時間,質子和電子的質量並沒有出現可測量的變化。由於宇宙空間不斷發生的中和反應,作用域內的物質質量不斷減小致使物質的引力減小,出現宇宙膨脹。  如果真是這樣,可能意味著我們所習以為常的很多常量,如重力、光速等常數也會隨著時間而改變。在新的研究中,研究人員試圖對這一假設進行驗證,看看經過上百億年的時間,質子或電子這兩種基本常數的質量是否發生了變化。  為此,研究人員觀察了一個遙遠的位於銀河系後面的類星體。
  • 組成質子的夸克,質量只佔質子的7%,剩下的93%都是什麼?
    組成質子的夸克,質量只佔質子的7%,剩下的93%都是什麼?我們知道組成世間不同物質的基本粒子是原子,而組成原子的粒子,又有原子核和核外的電子。至於組成原子核的粒子,那就是質子和中子了。而科學家又把質子和中子再進行了「分割」,發現它們是由更小的粒子「夸克」組成的,其中質子由2個上夸克和1個下夸克組成,而中子由1個上夸克和2個下夸克構成。但是科學家經過測量後,發現了一件很奇怪的事情:組成質子的夸克,質量只佔質子的7%。那麼質子剩下93%的質量都是什麼?