测量自然构件的突破

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如果实验中使用的设备及其校准都在仔细检查后全部检查完，则只有两种可能的异常结果。研究人员认为，为了通过实验推断质子的电荷半径，物理常数的某种组合并没有像我们想象的那样准确，或者与电子相比，介子与电子的质子相互作用的方式有所不同，从而产生了粒子物理不完整。

后者的可能性，如果得到证实，当然会引起理论物理学家的一阵兴奋，至少可以这样说，因为这可能意味着存在新的力和粒子。它不仅重塑了我们对宇宙的理解，而且还可以追溯到物理学家使用适合桌面的设备发现粒子（例如μ子本身）的时代。

在过去的几年中，各个团队一直试图通过研究原子氢的不同轨道跃迁来探究问题的根源，这些原子跃迁对里德堡常数和电荷半径的不同组合敏感。加拿大约克大学的一组研究人员于2019年进行的一项测量研究了一个特定的轨道过渡，该轨道过渡与该常数的值无关，发现值为0.833±0.010飞米，与在氢中获得的较小值一致。

Grinin的团队走得更远。他们使用了一种称为频率梳光谱的技术。它涉及到激光脉冲，这些脉冲是等间隔频率的叠加（如果需要，可以在频率空间中作为标尺），这使它们能够观察原子氢中两个不同的轨道跃迁，这些跃迁对质子大小和里德堡常数的两种不同组合敏感。这使他们能够以前所未有的准确性确定两者。该技术将这些跃迁发出的光的频率的观测不确定性减少到仅约十分之一，这在任何标准上都是惊人的准确度。

格林宁的研究小组不仅发现了质子电荷半径的值与在氢原子中获得的值一致，而且他们推断了里德伯格常数的更精确值。这解释了在其他一些氢原子测量中发现的部分差异（假定该数值不太准确）。

因此看来，在原子氢中获得的质子电荷半径的Grinin小组的实验值正在收敛于其他研究人员最初在离子氢中获得的质子电荷半径的较小值。迄今为止，较小的值甚至已被用作美国国家标准技术研究院CODATA推荐物理常数列表中的官方值-核和原子化学家和物理学家的官方年历。

尽管这种基于不断完善的实验技术的融合并未提供某些人可能一直希望的新物理学，但即使是最沮丧的理论物理学家也可以承认，实验性技巧似乎正在使这一问题更加接近结论。仍未解决的原因是，依靠原子氢中不同的光谱方法进行测量，得出质子电荷半径不同值的原因。谜团以及随之而来的是粒子物理学家不断减少的希望。

这是由加拿大周边研究所的Cliff Burgess领导的理论物理学家小组在一系列论文中对原子光谱学中理论不确定性的所有可能来源进行系统分类的足够动力。 通过隔离新的力和粒子可能留下讲故事的特征的方式，它们将手套牢牢地投向了实验主义者。 与往常一样，未来的实验将是这件事的最终仲裁者。 Subodh Patil是莱顿大学洛伦兹理论物理研究所的助理教授。 他有时在@_subodhpatil发推文。