徐川沒嘗試過,也不想即將時間都耗費在這上面,除非在質子半徑這一塊它能有更驚人的發現,否則那并不值得。
目前,物理學界大多數關于原子結構的討論都依賴于備受詬病的玻爾模型,該模型中電子繞原子核作圓周運動。
即在普通人的認知中,原子的結構應該像是太陽系一樣,行星像電子一樣圍繞著的太陽原子核轉動。
但量子力學作為物理學的敲門磚,它給了我們一個更精確,也更奇怪的描述。
“電子并不是繞著原子核轉”
從量子力學上來說,電子是一種波,只是當我們做實驗來確定其位置時,它們才具有粒子的性質。
而當電子繞原子軌道運行時,它們以粒子和波的狀態疊加的形式存在,波函數同時包含其位置的所有概率。
測量會使波函數塌縮,從而得到電子的位置。做一系列這樣的測量,并繪制出不同的位置,它將產生模湖的軌道軌跡。
而量子物理的這一奇異性也延伸到了質子。
質子是由三個帶電夸克組成的,它們被強大的核力束縛在一起。但它的邊界是模湖的,就像一朵云,里面包含有三滴水珠一樣。
既然云的邊界是模湖的,那又怎么確定直徑呢
物理學家依靠電荷密度來做到這一點,類似于云中的水分子密度,確定了水分子的密度在一個邊界值之上,就可以精確的確定這朵云的直徑了。
而質子也同樣如此。
質子并不是一個球,沒有絕對精準的半徑,它的半徑是本身攜帶的電荷密度降到一定能量閾值以下的邊界到核心的距離。
要對這樣的一個邊界做測量,難度可想而知。
不過有需求就肯定有人會去解決,質子的半徑在物理的發展中早早就通過數學方法被估測出過來了,而后隨著時間的推移,各種高精物理設備的發展,這個數字被精確的測量了出來,最終被確定為08790011飛米1飛米1015米。
當然,這只是從世界上許多不同測量值中取的“平均值”,而且已經考慮了足夠的誤差條件。
在2010年以前,這個數字被data國際科學技術數據委員會采用,確定為質子的半徑。
但后面,在2010年,介子光譜測量法挑戰了這個數值。
在馬克斯普朗克量子光學研究所的物理學家們的一次實驗中,他們使用了介子氫,用一個介子取代了繞原子核旋轉的電子作為實驗材料。
由于它比電子重近200倍,所以它的軌道要小得多,因此它在質子內部的概率要高得多1000萬倍。
且由于它離質子更近,這使得這種測量技術的靈敏度提高了一千萬倍。
這支物理學家團隊本來是只是希望他們測量到的質子半徑與之前的實驗大致相同,而讓08768飛米這個數字的確定性更高。
當時沒人會覺得這場實驗會出什么意外,畢竟從理論上來說,電子和介子之間除了質量和壽命沒有任何其他的區別。
然而,不出意外的話就肯定要出意外了。
這次實驗,他們測量的質子半徑明顯比國際科技數據委員會data給出的數值低,最低時甚至低到了驚人的0833飛米。
哪怕是去除掉核外電子質子內部造成的能級變化影響,再取平均數字和誤差,半徑數值也在084184000067。