分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

更精準的測量了質子的質量,質子表示:害羞>/////<--《物理雙月刊》

  • 文/Steven K. Blau (譯者:林中一 教授)

對一個基本常數的重新認定會對其他度量衡的量產生漣漪效應。

在基本粒子的動物園裡不乏一些像 K 介子(K meson)和五夸克(pentaquark)等異類,但也有建構我們日常生活的三寶:質子、電子、與中子。我們對質子質量特別有興趣,不只是因為那是質子最主要的本質,也因為在精確測定中子質量與其他物理量時必須用到質子質量。

德國馬克斯.普朗克的核物理研究所的一個由斯文.史特姆(Sven Sturm)所領導的團隊測量了質子的質量,其精確度高達一兆分之 32,這是比之前所達到的精確度進步了三倍之多。他們測量的結果,質子質量 mp = 1.007276466583 amu (原子質量單位),比現行結果低了大約一兆分之 300。

如同其他做過質子質點精確量測的團隊,史特姆與他的同僚們使用了以電場和磁場來捕捉離子的彭寧離子阱(Penning trap)。經過他們改良之後,研究者們可以快速的交替捕捉質子與碳 12 重離子 12C6+,並測量出他們在離子阱磁場中的迴旋加速器頻率(cyclotron frequency))qB/2πm。質子質量則由兩者的頻率比得出。過程中碳 12 原子的質量是定義為正好等於 12 amu,而且精確計算 12C6+ 離子質量所需之修正是早已眾所周知的。

圖/物理雙月刊提供。

離子在彭寧離子阱中的運動,可以被分解為垂直於磁場方向的較快速與較慢的圓運動,以及平行磁場方向的振盪運動。如此,迴旋加速器頻率必須經由觀察這兩種運動的複合軌跡中梳理出來。量測誤差的最大來源在於離子阱中磁場可能是不均勻的。

在此之前學界對氦 -3 (3He)質量,有兩個結果相差了三個標準差的量測。史特姆團隊所量得的較低的質子質量有可能成為解決這個差別的關鍵。那兩個 3He 質量彼此不相符的量測所運用的質子質量是史特姆之前大家所接受的數值。但若是使用史特姆的數據,則那兩個氦 -3 實驗結果的差別會少了一半。(參見 F. Heiße et al., Phys. Rev. Lett. 119, 033001, 2017.doi:10.1103/PhysRevLett.119.033001.)

  • 本文感謝 Physics Today (American Institute of Physics))同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於 Physics Today, Septermber/2017 雜誌內(Physics Today 70, 9, 23 (2017); http://dx.doi.org/10.1063/PT.3.3686);原文作者:Steven K. Blau。中文譯稿:林中一教授,國立中興大學物理系。
  • Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates that Physics Today (American Institute of Physics) authorizes Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Steven K. Blau, and are published on Physics Today 70, 9, 23 (2017); http://dx.doi.org/10.1063/PT.3.3686). The article in Mandarin is translated by Prof. Chung-Yi Lin, working on Department of Physics, National Chung Hsing University.

 

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 10 月號 ,更多文章請見物理雙月刊網站

你的行動知識好友泛讀已全面上線

每天有成千上百則內容透過社群與通訊軟體朝你湧來,要從混雜著偽科學、假消息、純八卦的資訊中過濾出一瓢知識解渴,在這時代似乎變得越來越難?

為了滿足更多跟我們一樣熱愛知識與學習的夥伴,現在我們很害羞也很驕傲地宣布,手機閱讀平台——泛讀 PanRead iOS 版和「泛讀」Android 版都上架啦!使用後有任何心得或建議,都歡迎與我們分享喔

立即下載 優質知識不漏接

 

 

 

關於作者

物理雙月刊

《物理雙月刊》為中華民國物理學會旗下之免費物理科普電子雜誌。透過國內物理各領域專家、學者的筆,為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。透過文字、圖片、影片的呈現帶領讀者走進物理的世界,探尋物理之美。《物理雙月刊》努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。