到目前為止，我們已經測量了最精確的質子電荷半徑
2020-12-05 10:56 來源： 互聯網
氫是宇宙中最常見和最基本的元素，但它的質子電荷半徑仍是一個未解之謎。在最新一期的"科學"雜志上，德國科學家指出，他們使用高精度頻率梳技術激發氫原子的高分辨率氫譜，并首次精確測量到小數點后面的13位小數點后的量子動力學。在這個過程中，質子電荷半徑為0.8482(38)米(每飛行米10-15米)，是以往所有測量結果的兩倍。
處于每個原子中心的普適質子已成為許多研究和實驗的主題，但質子電荷半徑的大小一直是一個未解之謎。十多年前，科學家通過光譜和散射給出了一個基本一致的0.88米飛行測量結果。然而，2010年，μ介子-氫原子光譜學測量的質子電荷半徑為0.84飛米，質子"減少"4%！因此，多年來，科學家一直試圖研究這一不尋常的"質子電荷半徑之謎"。
為了解開這個謎團，MPQ團隊在最新的研究中使用了一種完全不同的互補方法來測量氫軌道中電子能級之間的轉換。利用雙光子梳狀光譜儀，他們發現質子電荷半徑為0.8482(38)飛米，是以往所有氫測量精度的兩倍，量子動力學測試首次精確到小數點13位。
最新的研究也是頻梳光譜領域的一個里程碑。研究人員解釋說，到目前為止，他們已經使用幾乎所有連續波激光器精確地分析氫和其他原子和分子，而頻率梳則是由脈沖激光產生的，這使得科學家有可能進入非常短的紫外光波長，而連續波激光器則不可能這樣做。此外，科學家無法使用激光精確地研究他們感興趣的離子，如氦，而最新的研究是朝著改善這一狀況邁出的重要一步。研究人員說，他們希望這些紫外線梳子能直接冷卻重要的生化元素，如氫和碳，以便更準確地研究它們。
責任編輯：無量渡口
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