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清大與國際合作量測質子大小 挑戰原理論基礎

中央廣播電台/李憶璇 2013.03.06 00:00
「質子」的大小一直是物理學家想解開的謎團,清華大學物理系加入國際團隊實驗,測量出目前最小的數值,精確度也比之前的實驗更為提升。這項研究成果獲得國際期刊「科學」(Science)的發表,「自然」(Nature)雜誌也曾刊登相關研究成果,可見其對學術發展的重要性。

質子是構成原子核的微小粒子,原子核中質子數目的多寡,可決定原子的化學性質和屬於何種化學元素,多年來,物理學家一直想解開質子大小的謎團。

過去利用氫原子來量測質子大小,不過研究團隊認為若要得到更好的結果,運用比質子重的奇異電子(exotic atom)「緲子氫原子」是更好的選擇。透過緲子氫原子的精密雷射光譜推導,量測出質子的磁半徑大小為0.84087飛米(10的負15次方米),比奈米還要小很多,也比2年前研究團隊量測的結果更加精確。

清大物理系教授劉怡維說:『(原音)因為質子之謎在2001年我們文章發表後,有許多團隊去探討,有100多個citation(引用),會問原來的實驗有沒有更明確的證據,那我們的實驗就是提供更明確的證據,證明質子是比較小的,同時把中間可能的疑慮加以排除。』

由於此項研究成果與現今公認的質子大小數值0.8768飛米不同,讓理論出現了矛盾,過去的物理學基礎與認知也面臨挑戰與修正。

此項研究成果在今年1月登上國際頂尖學術期刊「Science」;值得一提的是,研究團隊2年前的研究成果也曾刊登在與「Science」有競爭關係的「Nature」期刊上,代表此項研究的確對學術界有重要貢獻。

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