对质子半径之谜的一项分析有助于定义质子半径的真正含义。
APS/Alan Stonebraker
质子有多大？这看起来是一个直观的问题，但想出一个明确的答案却很难。已经有多项实验报告了质子半径的测量结果，但他们的数值却相差4%(译注：参见相关蛋文甲)。美国西雅图华盛顿大学的Gerald Miller表示，有时人们将这个谜团归于质子的三维电荷密度，但这是一种误解。在新的研究中，Miller展示了如何以光子-质子相互作用来统一地定义质子半径。
质子半径的第一次测量是基于氢原子能级，结果是约0.88飞米。电子被质子散射的实验也给出了相似的结论。但是，在2010年，研究人员测量了渺子氢原子(以渺子代替电子的人造原子)(译注：渺子可参见相关蛋文乙中的内容)的能级跃迁，得到了0.84飞米这一略小的值。
在理解这一分歧之源头的尝试中，研究人员通常把质子半径跟三维电荷分布的“外缘”联系起来。然而，Miller指出，质子的内部并不简单。它包含了相对论性运动中的夸克和胶子，其空间分布(或波函数)取决于质子的动量。测量质子会扰动它的动量，一般也会改变其内部波函数(译注：参见相关蛋文丙丁戊)。最终，三维电荷密度无法被定义。
Miller证明，所有相关的实验都能归结于测量同一个东西：质子的电荷形状因子，用于描述质子在与光子相互作用时有多大。利用这种统一的处理方法，Miller希望，在寻找质子半径之谜的答案时，能避免任何无谓的困惑。
原文作者：《物理》网站在法国里昂的通讯编辑Michael Schirber
原文日期：2019年3月7日
本文译自 Physics，由 cmp0xff 编辑发布。
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