解决质子半径之谜

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撰文|EdwinCartlidge ，意大利科学作家
翻译|唐梦娜（中科院理论物理研究所2019级博士研究生）、董相坤（中科院理论物理研究所2020级博士研究生）、郭奉坤（中科院理论物理研究所研究员）
译者按
质子半径之谜的发现是近些年粒子物理学界的一个重大事件，在社会上也引起了广泛的关注。这篇文章生动详细地介绍了质子半径之谜的前世今生。为方便阅读，在此就相关背景知识向读者作简要介绍。

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正文

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着眼于大奖：CREMA的AldoAntognini在PaulScherrer研究所的激光实验室。（图源：PSI）

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困惑时期
CREMA和之前的测量结果之间令人惊奇的差异被称为“质子半径之谜” ，因为它涉及两个相互矛盾但都很有根据的结果。一方面， CODATA值是根据来自二十多个实验（使用电子散射和氢光谱两种方法）的数据计算得出的。另一方面， CREMA的结果是单一的、非常精确的光谱测量，在2010年结果发表之前及之后都没有被发现存在什么明显缺陷(Nature466213) 。

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阿姆斯特丹自由大学(VrijeUniversiteit)的WimUbachs不是CREMA的成员，他承认对这一“离奇事件”感到困惑，但强调“对该领域的物理学家表示高度尊重，并不想怀疑实验中存在任何不当行为或数据操纵” 。 Pohl本人则表示，尽管他无法确定罪魁祸首，但一定是早期工作中的系统误差出了问题。 “很奇怪，这么多实验竟然以同样的方式出错， ”他说。
然而，其他人则认为其中的缘故可能并不像人们所说的那样。一些核物理学家甚至对在CREMA出现之前没有研究人员认为质子的半径更小的说法提出异议。其中包括德国波恩大学的UlfMei?ner ，他说他在1990年代中期就开始论证质子半径应该更小。 “（我们的结果）是有一个明显的差异， ”他回忆道， “但是不知出于什么原因， CODATA总是选择更高的值。 ”
事实上，这段故事提出了关于应该如何确定基本常数的值以及CODATA应该扮演什么角色的问题。对于UlfMei?ner来说，这些决策并不透明而且过多地依赖一些个人的偏好。他说：“这更像是心理学而不是物理学。 ”
缩小差距
CODATA由国际科学理事会于1966年成立，旨在梳理和保存世界各地科学家得到的越来越多的数据。它把确定自然界最基本参数（如普朗克常数、电子质量、引力常数等）的数值这项精细任务委托给基本常数任务组。该小组由来自世界各地的15名左右的科学家组成，他们通常每四年一次，使用最小二乘法来拟合这些值，以期尽可能地接近已有的实验和理论结果。

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