2.33 质子半径谜题

目录 ／ 附录-3.《第2季：微观粒子》短视频草稿 (V5.2)

这一集，我们继续追问一句话：粒子是不是会悄悄演化？

上一集我们说过，宇宙的张度在慢慢变，粒子也会跟着变，而且变得不同步。

原子钟已经证明，电子的节拍对张度最敏感，这是在地球附近抓到的第一条线索。

这一次，轮到质子。

问题看上去很朴素：

“质子到底有多大？”

为此，科学家们忙了几十年。

主要有两种测法：

一种用电子去“摸”质子；

一种用比电子重得多的“重电子”——缪子——去“摸”质子。

你可以把它想成两把尺：

一把是轻巧的软尺，在外面绕一圈；

一把是又重又硬的钢尺，直接往里顶。

两边都用上了高精度装置和理论模型，

各自相信自己的尺是校准过的。

按常理，两种方法最后应该给出同一个半径，

误差会随着实验改进而逐渐缩小。

但现实不是这样。

用电子测到的质子，看起来“稍大”；

用重电子测到的质子，却“明显更小”。

两个结果差了好几个百分点。

在粒子物理里，这已经不是“小数点后写几”的级别，

而是“这颗粒子内部到底怎么长”的级别。

更关键的是，这个差别不是某一次实验的意外。

不同国家、不同团队，换设备、换能量、换分析方法，

反复测，结果还是分成“偏大派”和“偏小派”，就是合不到一起。

这，就是“质子半径谜题”。

主流的基本态度是：

多半是某一边实验细节、数据处理或模型还有缺口，

等技术更成熟，两边的数迟早会对上。

能量丝理论不排除这一点，

但会多问一句：

“如果两边的秤都大致靠谱呢？

会不会是被称的那个东西，本来就会轻轻变？”

在能量丝理论里，

质子不是一颗永远不变的钢球，

而是一团被能量海托着的“三环丝结”：

三股能量丝在海里绕来绕去，打成一个稳定的结。

张度，就是这片海有多紧。

张度更紧，丝结会被勒得更紧、更收；

张度放松，丝结会微微舒展、蓬松一点。

这样一来，“质子有多大”就不再是一个固定数字，

而是这团丝结，在特定张度、特定测量方式下，

对探针给出的即时回答。

这里我们借用一块果冻来打比方。

桌上放一块果冻。

你用一根羽毛轻轻碰一下边缘，

果冻只会抖一抖，形状几乎不变；

你改用一根木棍从侧面顶上去，

果冻会明显被挤瘦、拉长，看起来“小了一圈”。

果冻并没有换成另一块，

只是不同的“碰法”，触发了不同程度的形变。

质子在能量海里也有点像这样。

电子质量轻、绕得远，

好比那根羽毛，在较外层试探质子的电荷分布；

重电子质量大、轨道更紧，

像木棍一样顶得更近、更深，

局部张度被拉得更紧，丝结更“收”。

结果就是：

两种探针看到的，都是同一颗质子，

只是拍下的是它在不同“绷紧程度”下的两张照片。

从这个角度看，

质子半径谜题，就不一定是在问“谁做错了”，

而更像是在提醒我们：

质子的空间尺寸，会随张度和测量方式微微演变。

如果粒子是写死在宇宙里的固体零件，

两种测量无论怎么做，最后都该收敛到同一个半径，

所有差别都能被归到仪器误差。

但现在，几十年过去，这道缝始终在那儿。

这很可能是在敲门：

粒子不是死零件，

而是在能量海里，会随环境和作用方式，

轻轻调整自己丝结构的活体。

从能量丝理论的视角看，

质子半径谜题是第二条“近场线索”：

第一条线索是原子钟时间漂移，

告诉我们电子节拍会响应张度；

第二条线索是质子半径，

在高精度测量里，露出尺寸随张度微调的影子。

接下来，我们会继续顺着这类“细小差声”往下追：

看其他粒子的属性，

比如寿命、自旋、磁性，

是不是也在不同实验条件下，给出稳定但略有差别的答案。

点开合集，可以把前后几集连起来看；

下一集，我们会讲《中子寿命异常》。

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