第一百四十九章 解决质子半径之谜（2 / 2）

【质子本体的第二层次自旋运动形成质子自旋体（半径为rp，=0.8414x10-15m±0.0019fm），其运动一周的周长等于质子本体以四分之一光速运动时的一个德布罗意波长。】

手中的圆珠笔在稿纸上勾勒出最后的信息，徐川目光熠熠的盯着桌上的稿纸。

前前后后经历了四五个的时间，他总算是将这一方法彻底完善，物理学界也有了一种计算质子直径的新方法，一种从第一性原理出发，掺杂了部分实验数据的‘假第一性计算公式’。

至于纯粹的第一性原理精确计算质子半径数据，整个物理界目前还没有人能做到。

徐川没尝试过，也不想即将时间都耗费在这上面，除非在质子半径这一块它能有更惊人的发现，否则那并不值得。

目前，物理学界大多数关于原子结构的讨论都依赖于备受‘诟病’的玻尔模型，该模型中电子绕原子核作圆周运动。

即在普通人的认知中，原子的结构应该像是太阳系一样，行星像电子一样围绕着的太阳（原子核）转动。

但量子力学作为物理学的敲门砖，它给了我们一个更精确，也更奇怪的描述。

“电子并不是绕着原子核转！”

从量子力学上来说，电子是一种波，只是当我们做实验来确定其位置时，它们才具有粒子的性质。

而当电子绕原子轨道运行时，它们以粒子和波的状态叠加的形式存在，波函数同时包含其位置的所有概率。

测量会使波函数塌缩，从而得到电子的位置。做一系列这样的测量，并绘制出不同的位置，它将产生模湖的轨道轨迹。

而量子物理的这一奇异性也延伸到了质子。

质子是由三个带电夸克组成的，它们被强大的核力束缚在一起。但它的边界是模湖的，就像一朵云，里面包含有三滴水珠一样。

既然‘云’的边界是模湖的，那又怎么确定直径呢？

物理学家依靠电荷密度来做到这一点，类似于云中的水分子密度，确定了水分子的密度在一个边界值之上，就可以精确的确定这朵'云'的直径了。

而质子也同样如此。

质子并不是一个球，没有绝对精准的半径，它的半径是本身携带的电荷密度降到一定能量阈值以下的边界到核心的距离。

要对这样的一个边界做测量，难度可想而知。

不过有需求就肯定有人会去解决，质子的半径在物理的发展中早早就通过数学方法被估测出过来了，而后随着时间的推移，各种高精物理设备的发展，这个数字被精确的测量了出来，最终被确定为0.879± 0.011 fm飞米（1飞米＝10^-15米）。

当然，这只是从世界上许多不同测量值中取的“平均值”，而且已经考虑了足够的误差条件。

在2010年以前，这个数字被codata（国际科学技术数据委员会）采用，确定为质子的半径。

但后面，在 2010年，介子光谱测量法挑战了这个数值。

在马克斯普朗克量子光学研究所的物理学家们的一次实验中，他们使用了介子氢，用一个介子取代了绕原子核旋转的电子作为实验材料。

由于它比电子重近 200倍，所以它的轨道要小得多，因此它在质子内部的概率要高得多( 1000万倍)。

且由于它离质子更近，这使得这种测量技术的灵敏度提高了一千万倍。

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这支物理学家团队本来是只是希望他们测量到的质子半径与之前的实验大致相同，而让0.8768飞米这个数字的确定性更高。

当时没人会觉得这场实验会出什么意外，毕竟从理论上来说，电子和介子之间除了质量和寿命没有任何其他的区别。

然而，不出意外的话就肯定要出意外了。

这次实验，他们测量的质子半径明显比国际科技数据委员会（codata）给出的数值低，最低时甚至低到了惊人的0.833飞米。

哪怕是去除掉核外电子质子内部造成的能级变化影响，再取平均数字和误差，半径数值也在0.± 0.00067 fm。

这一项实验结果让当时的研究人员有些措手不及，毕竟质子的半径涉及到了物理学大厦的基地。

结果发布后，更多的物理学家投入了

但此后，更多的光谱学实验进一步印证了偏小的质子半径。

各国的实验都表明，质子的半径应该比以前的更小。

可让人困惑不解的是，通过散射实验得到的质子半径，却始终停留在0.8768飞米左右。

也就是说两种不同的测试方法，产生了5%的差距，这百分之五的差距，被称作‘质子半径之谜’。

而截止到今天，这个谜题终于得到了解开。

当然，前提是徐川的计算方法正确。

........

办公桌前，徐川将手中的圆珠笔一扔，前往卫生间洗了把脸后便将自己扔到了床上，没一会，细碎的鼾声便响起。

为了完善手中的方法，他已经有超过三十个小时没怎么合眼了，越是接近谜团终点，精神越是亢奋，这足以对抗肉体的疲惫。

而今终得结果，脑海中吊着的细丝也终于断了。

这一觉，徐川直接从下午四点睡到了第二天凌晨三点多才醒来。

起床，洗漱，徐川拿着块毛巾一边擦拭湿漉漉的头发一边走向办公桌。

办公桌上杂乱的稿纸记录着之前这里经历了一场怎样试炼。

随手从桌上拿起一张稿纸，徐川的目光落在了最后的答桉上。

以目前的数据计算出来的结果来看，小的质子半径将是粒子物理界的答桉。

人们通过无数实验观测的到质子的电荷半径并没有想象中的那么大。

而这也意味在2010年之前，整个物理学界观测到的数据都是错的。

或者说，他们的实验过程中都出现了某一个巨大的误差，从而导致了这个结果的发生。

目前他还不得而知这个误差到底出自哪里，但数学是不会骗人的，问题的确存在。

想到这，徐川嘴角扬起了一抹笑容。

这个答桉放出去的，恐怕将在整个物理界掀起轩然大波。

毕竟在如今，认为质子电荷半径是大半径，也就是0.8768飞米这个数字的人有不少。

.........。