迄今最精确质子电荷半径测出-光谱学与光谱分析

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迄今最精确质子电荷半径测出

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本文转自【科技日报】；

科技日报北京12月3日电（记者刘霞）氢是宇宙中最常见、最基本的元素，但它的质子电荷半径仍是未解之谜。德国科学家在最新一期《科学》杂志上写道，他们利用高精度频率梳技术激发高分辨率氢谱中的氢原子，首次将量子动力学测试精确到小数点后13位。在此过程中测得的质子电荷半径为 0.8482（38）飞米（1 飞米为 10-15 米），是之前所有测量精度的两倍。

无处不在的质子，位于每个原子的核心，已经成为许多研究和实验的主题。然而，质子的电荷半径有多大一直是一个未解之谜。十多年前，科学家们使用光谱学和散射方法给出了基本相同的测量结果：0.88 飞米。然而，在 2010 年，科学家通过 μ 子氢原子光谱测量质子的电荷半径为 0.84 飞米，质子“减少”了 4%！因此，多年来，科学家们一直在努力研究这个不寻常的“质子电荷半径之谜”。

为解开这个谜团，在最新的研究中，MPQ团队借用了一种完全不同的互补方法来测量氢原子轨道上电子能级之间的跃迁。他们使用双光子频率梳光谱仪，发现质子电荷半径为 0.8482 (38) 飞米，准确度是之前对氢进行的所有测量的两倍。而且，这项研究是第一次量子动力学测试是准确的。到小数点后13位。

最新研究也是频梳光谱领域的里程碑。研究人员解释说，到目前为止，他们几乎使用了所有连续波激光器对氢和其他原子和分子进行精确光谱分析，频率梳是由脉冲激光器产生的。这种类型的激光使科学家有可能进入超短波紫外线范围。 , 而连续波激光器不能做到这一点。此外，科学家一直无法使用激光来准确研究氦离子等感兴趣的离子。最新研究朝着改善这种情况迈出了重要一步。研究人员表示，希望这些紫外线频率梳可以直接用于冷却氢和碳等重要的生化元素，以便更准确地研究它们。

文章来源：《光谱学与光谱分析》网址: http://www.gpxygpfxzz.cn/zonghexinwen/2021/0707/442.html