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第150章 解决质子半径之谜（第3页）

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，电子像行星一样围绕着的原子核（太阳）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，它将产生模糊的轨道轨迹。

也就是说，电子能出现在原子核中的任意位置，甚至是质子中间。

听起来很不可思议，但从量子力学的角度来说，这的确是可以的。

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。但它的边界是模糊的，就像一朵云，里面包含有三滴水珠一样。

既然‘云’的边界是模糊的，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±0.011fm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。

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。