科學家已精確測量質子的質量

7月21日來自德國和日本的科學家團隊已經記錄獲得一個質子的質量最精確的測量值。

科學家們使用了一種新的粒子捕捉機和探測器來測量質子的質量，並創此前的紀錄精度。圖片：CC/Pixabay

研究人員通過在日本的RIKEN的Ulmer基礎對稱實驗室開發的超敏感單粒子檢測器中捕獲質子來實現這一壯舉。

質子是原子核中的重要組成部分。因此量化其質量是粒子物理學的重要組成部分。質子的質量影響到圍繞核的軌道的電子的運動。原子電子的路徑決定了原子吸收和再發射的光的波長，這也決定了一個元素的光譜特徵。

此外，質子質量的更準確的測量可以幫助粒子物理學家更好地了解質子和反質子之間的關係，反過來又是物質與反物質之間的關係。

研究人員使用的所謂Penning粒子捕捉機能夠使用電場和磁場的組合捕獲包括質子在內的單個粒子。

一旦進入Penningg粒子捕捉機，質子就會振蕩。不同的顆粒振蕩和頻率不同，這些頻率可以被測量並用於計算顆粒的質量。

為了達到記錄精確的讀數，科學家們用了12個原子質量單位的碳同位素作為比較對照。

研究員Sven Sturm 在一篇新聞稿中說： 首先我們在Penning粒子捕捉機裝置的獨立隔間中儲存一個質子和一個碳離子，然後將兩個離子中的每一個傳輸到中央測量室並測量其運動。

RIKEN科學家Andreas Mooser說：它允許我們在與碳離子相同的條件下測量質子，儘管它的質量下降了約12倍，而電荷少了6倍。

（圖為1995~2015年測量值 ）目前精度達到32萬億分之一，結果將目前的CODATA文獻精確值提高了3倍。圖片版權：2017美國物理學會

研究人員FloraK?hler-Langes說：將來我們將在粒子捕捉機塔中存儲第三個離子，通過同時測量該參考離子的運動，我們將能夠消除源自磁場波動的不確定性。

原作者：Brooks Hays

編譯：中子星，審校：博科園

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