物理新發現 質子真的比較小

【記者鄭諺鴻台北報導】質子有多大？2010年研究團隊發現，質子比過去百年公認的大小少了4%，全球物理學家相當興奮，近年積極尋找並確認質子大小。在國科會支持下，清華大學物理系參與國際研究團隊透過「緲子氫原子」的雷射光譜，再次量得質子大小為0.84087飛米，與之前的數據相符，精準度提高了1.7倍。這項研究成果獲得國際期刊《科學》的發表，《自然》雜誌也曾刊登相關研究成果。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。清華大學物理系副教授劉怡維說，2010年國際研究團隊透過緲氫的精密雷射光譜，發現比過去所公認的數值小了4%，過往大多以氫原子的量測都被重新分析、檢視，甚至重啟過去的實驗。▲質子有多大？清華大學物理系副教授劉怡維（左）、博士生高政揚（右）參與國際研究團隊，在國科會支持下，透過「緲子氫原子」的雷射光譜，再次量得質子大小為0.84087飛米，與之前數據相符，精準度卻提高1.7倍。（圖文／姜林佑）許多來自不同領域的理論物理學家，試圖從不同角度來解釋這些不一致，包括超越現有標準模型的理論架構，或設想比現今更加複雜的質子結構，試圖補救理論。劉怡維指出，最新的實驗結果得到緲子氫原子的超精細結構光譜，更精確量出質子的電核半徑為0.84087飛米，1飛米相當於百萬分之一的奈米、緲子氫原子的生命週期僅十萬分之二秒，但比電子重2百倍，因此更靠近質子。然而，這數據明顯與現今的公認值0.8768飛米不一致，不只背離目前所有相關理論與實驗，更讓百年來建立的原子物理學出現矛盾，撼動物理學的基礎與普遍認知。劉怡維說，質子之謎在2010年的文章發表後，有許多團隊探討，超過100多個引用，因此這個實驗是提供更明確的證據，證明質子是比較小的，排除可能的疑慮。首次利用緲子氫原子量出質子電核半徑外，也獲得質子的磁半徑為0.87飛米，是相當大的突破。目前物理學界正積極尋求新的實驗與數據。劉怡維表示，未來將有新的研究團隊，利用既有的實驗設備加以改良，進行「緲子氦原子」的實驗。目前實驗已在準備中，預計實驗結果將可以對解決質子大小之謎，指出一個較為明確的方向。