台教授 發現質子小了4%

成果登《自然》期刊封面 恐改寫物理課本

出版時間:2010/07/13
清大副教授劉怡維(圖1)發現質子原來更小,登上《自然》期刊(圖2)。陳威廷攝
清大副教授劉怡維(圖1)發現質子原來更小,登上《自然》期刊(圖2)。陳威廷攝

【陳威廷╱台北報導】清華大學物理系副教授劉怡維率領的研究團隊,參與奇異氫原子國際研究計劃,以精密雷射光譜研究發現,質子大小比預期小了百分之四。此一突破性研究結果震撼學界,獲刊為國際知名期刊《自然》最新一期封面故事。學者說,該研究不僅挑戰現行量子電動力學,還將改變基本物理學常數,未來更可能改寫物理學課本。

亞洲唯一的參與團隊

奇異氫原子(Exotic Atom)國際研究計劃,集結六國三十二位科學家團隊,其中包含二○○五年諾貝爾物理獎得主漢希,劉怡維與清大原子操控實驗室博士生高政揚,則是亞洲唯一參與計劃的研究團隊。該計劃以更精密的量測技術和儀器,推算出質子半徑僅零點八四一八四飛米(一飛米等於十的負十五次方米),比近百年來公認的零點八七六八飛米,小了百分之四。
劉怡維昨解釋,傳統以氫原子中繞著質子運行的電子,來量測質子半徑,該計劃突破三、四十年來的技術,改以奇異氫原子中繞行質子的渺子量測,因渺子的運行軌道比電子更靠近質子,更易測得質子在空間中所佔體積,進而推算出質子半徑。

「五年內不會被推翻」

本月八日發行的《自然》(nature)期刊封面故事,即以「質子其實沒有那麼大」為題,刊登此一突破性研究成果。劉怡維說,預估全球科學家將依新發現的質子尺寸,重新檢視現行物理理論與實驗計算結果,他自信新推算出來的數據,五年內不會被推翻。
專研物理的清大校長陳力俊說,現被廣泛認同的量子電動力學、最精確的雷德堡常數(用來計算原子能級的基本物理學常數),都是以質子大小為基礎推算出來的,預期新研究成果將使物理學出現新理論,現有物理學課本可能十年後必須改寫。

劉怡維 小檔案

◎年齡:43歲
◎家庭:已婚,育有1女
◎學歷:英國牛津大學物理博士
◎現職:清華大學物理系副教授
◎研究:原子分子光學、應用物理
◎榮譽:
˙2003年教育部基礎科學教育改進計劃優等獎
˙參與奇異氫原子國際研究計劃10年,是亞洲唯一參與團隊,發現質子大小比預期小了4%,獲《自然》期刊封面故事
資料來源:劉怡維

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