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質子比我們想像的要輕,這或許能解釋一個關於反物質的大難題

在最新的一次研究中,科學家使用了比以往靈敏三倍以上的探測器對質子進行了重新測量,結果竟然發現質子的質量比原先判定的要略微輕了一些,少了大概300億分之一的質量。

而這一發現的重要性在於,原子的大小、質量和挾帶電荷量與質子有高度相關性,若果能對質子本身進行精確測量的話,那麼類似於「為什麼宇宙中正物質比反物質要多?」這樣的物理學未解之謎都有可能得到答案。

恰巧的是,進行該研究的機構則是大家並不陌生的德國馬克思普朗克研究所!他們使用的儀器精度達到了萬億分之一的級別,甚至能夠測量出落在鋼琴上的一根眼睫毛所造成的質量差。

這次實驗是在一個1.5升的真空密封罐中進行,溫度低至絕對零度。馬普所核物理研究院的物理學家Sven Sturm表示,該密封罐是完全密閉的,與外界沒有任何接觸。

一系列的準備工作之後,罐子里的目標被一束電子束轟擊,質子被釋放並被一個叫做「Penning Trap」的電磁場裝置捕獲。接著,隨著質子在磁場中運動,研究人員便能通過測量其速度來計算出質量。

「這是一項非常非常精確的實驗,而且我們的實驗方法也非常巧妙,」研究者Peter Mohr說道。Mohr是國際科技數據委員會的(Committee on Data for Science and Technology)的一名成員,該協會長期以來為各國各界科研機構收集基礎物理測量數據。

歐洲強子對撞擊機的科學家Makoto Fujiwara則認為,更輕的質子質量有可能幫助我們解決宇宙中正反物質對稱性破缺的問題,他目前正在從事有關氫原子和其反物質粒子的研究。

更精確的測量能讓研究者找到質子和反質子之間極為微小的差距,當然,Fujiwara也指出我們還需要以同樣的精確度測量反質子,才能進行對比。

畢竟在精密測量中,即使質子的質量只有那麼一點點偏差,Sturn表示「都十分反常的」。

但是沒人知道是什麼導致了這一反常現象,這或許會為新的基礎物理理論指明道路,又或許只是一個過去被忽視的普通實驗錯誤。Mohr提醒到:「當然,99%的幾率這都是實驗錯誤。我們並沒有那麼多基礎物理上的突破。」

Sturm研究團隊的測量將成為國際科技數據委員會的新官方數據,該結果會在幾個月之內發表。但是,因為還不清楚為何質子會比想像中的輕,國際科技數據委員將會仔細考慮是否採用該測量數據。

而該研究團隊也打算在這一領域再接再厲。「我們會用新的技術把測量精度再提升六個數量級。」Sturm表示。

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