物理不那么容易破译，但仍然不太正确

质子有多大？这听起来不像是一个非常复杂的问题，但事实证明，它有可能破坏许多现代物理学。那是因为用不同的方法来测量质子的电荷半径会产生不同的结果，而不仅仅是一点点：答案是四个标准差。但是现在，一项新的，可能会进行改进的衡量标准使它们更趋于一致，尽管距离还不够接近，我们无法认为问题已经解决。

有两种方法可以测量质子的电荷半径。一种是从质子上反弹其他带电粒子，并根据其偏转量度其大小。另一目的是探索质子的电荷如何影响在氢原子中轨道的电子的行为，该氢原子仅由一个质子和一个电子组成。不同轨道之间的确切能量差是质子电荷半径的乘积。而且，如果电子从一个轨道过渡到另一个轨道，它将发射（或吸收）具有与该差相对应的能量的光子。测量光子，您可以返回到能量差，从而返回质子的电荷半径。

（实际波长取决于电荷半径和物理常数，因此，实际上您需要测量两个跃迁的波长，以便同时获得电荷半径和物理常数的值。但是，出于本文的目的，我们＆ 39；仅关注一种测量。）

这两种方法之间的粗略协议似乎使物理学处于良好状态。但是后来，物理学家去做了一些有趣的事情：他们用重且有点不稳定的等价物-介子取代了电子。根据我们对物理学的理解，除了质量差异外，μ子的行为应与电子完全相同。因此，如果您可以在质子衰变之前的短暂时间里测量质子轨道的μ子，则应该能够为质子的电荷半径产生相同的值。

自然，它产生了不同的价值。而且差异足够大，以至于不可能通过简单的实验错误来解决。

如果测量结果确实不同，则表明我们对物理学的理解存在严重问题。如果μ子和电子的行为不相等，则量子色动力学是物理学的主要理论，将以某种方式不可挽回地被破坏。打破理论会使物​​理学家非常兴奋。

这项新工作很大程度上是对过去实验的改进，因为它可以测量由电子和质子组成的标准氢中的特定轨道跃迁。首先，将氢气本身通过极冷的金属喷嘴，使其进入到要进行测量的真空容器中，使其温度降至极低。这限制了热噪声对测量的影响。

第二个改进是，研究人员在紫外线下工作，在紫外线下，较短的波长有助于提高精度。他们使用所谓的频率梳测量了氢原子发出的光子的波长，该梳子以均匀间隔的一系列波长产生光子，这些光子的作用有点像尺子上的标记。所有这些都有助于测量轨道过渡，其精度比该团队先前的尝试要精确20倍。

研究人员得到的结果也与正常氢的早期测量结果不同（尽管不是最近的测量结果）。而且它与使用质子轨道质子进行的测量非常接近。因此，从精确的量子力学角度来看，这是个好消息。

但不是好消息，因为这两个结果仍然在彼此的误差线之内。问题的部分原因在于，介子的增加使这些实验的误​​差线变得非常小。这使得用正常电子获得的任何结果都很难与μ子结果保持一致而不完全重叠。作者承认，这种误差很可能是无法解释的，因为误差会扩大不确定性以至于允许重叠，并指出这些测量中的一个（或两个）都有系统性影响。

因此，就寻找提高结果精度的方法而言，这项工作是一个重要的里程碑，结果表明量子色动力学可能很好。但这并不能完全解决差异，这意味着我们将需要做更多的工作才能真正轻松呼吸。这足以令人讨厌，这足以解释为什么《科学》杂志选择在感恩节上发表这篇论文，而当时人们关注的却越来越少。