台灣團隊精準測出質子大小 動搖百年物理基礎

新網記者吳岱穎台北特稿
2013/3/6 下午 04:21:19 / 科技新知

　質子的大小是物理學家研究量子科學的基礎，清華大學物理系參與國際研究團隊，透過過去稱為夢幻實驗的「緲子氫原子的躍進」，成功以更精準的方式計算出質子的大小，證實質子比科學家以往所認為的大小還要小的多，而該項研究結果也得到國外知名國際期刊《科學》(Science)的發表，《自然》(Nature)雜誌也曾刊登相關研究成果。

清華大學物理系副教授劉怡維參與國際研究團隊，以更精準的方式計算出質子的大小。(歸鴻亭攝影)

　清華大學物理系副教授劉怡維表示，這次實驗結果出來的質子大小為0.84087飛米，飛米的單位比奈米還要小，1飛米相當於百萬分之一的奈米。

　要比以往用更精準的方式測量質子大小並不容易，劉怡維解釋，由於緲子比電子重，能夠更加靠近質子，因此這項研究是以緲子氫原子的方式測量，必須在瑞士的保羅謝勒研究所中進行，利用那邊才有的粒子加速器大量製造出比電子重200倍更靠近質子但只能存活0.000002秒的緲子，並在加速器中完成測量質子的過程。

劉怡維證明實驗結果出來的質子大小為0.84087飛米。(歸鴻亭攝影)

　劉怡維表示，過去是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，而此次實驗成功精準的計算出質子的大小，精確度提高了1.7倍。

　這項確定更精準算出質子大小的研究成果，將動搖過去奠基在質子大小上的研究，例如量子動力學，劉怡維認為，雖然質子大小的研究過去就有不少的物理科學家在研究，但許多技術上的問題卻很難突破，而質子的大小攸關許多物理研究的基礎，因此這項研究結果將讓百年來建立的原子物理學出現矛盾與不一致的情況，將物理科學帶入下一階段的研究。

　質子、中子及電子是組成物質的3個基本元素，質子具有磁性，是個小磁鐵，超精細結構的量測可以推出質子磁力大小。