科学家通过两项精密实验，成功测得质子半径约为0.84飞米，这一结果与此前测量值一致，为持续十余年的“质子半径之谜”画上了句号。相关研究分别发表于《自然》杂志和《物理评论快报》，不仅验证了质子尺寸的确定性，还为探索新粒子提供了重要线索。
质子作为构成原子核的基本粒子，长期被认为由三个夸克组成，其大小也早已被测定。然而，2010年一项基于μ子氢原子的实验发现，质子半径可能比预期小约4%，这一异常结果引发了物理学界的广泛关注。尽管2019年的另一项实验进一步支持了质子半径被高估的观点，但争议仍未完全平息。
此次，来自德国和美国的研究团队通过两个互补实验，聚焦氢原子中的电子与质子相互作用。氢原子由一个质子和一个电子组成，二者通过电磁力相互影响，这种相互作用决定了电子在原子中的能量状态。由于电子能级跃迁的变化与质子大小密切相关，科学家通过测量这些跃迁，能够反推出质子的半径。
两个研究小组均采用激光操控氢原子中的电子，并首次观测到三个此前未被记录的能级跃迁。通过分析这些数据，他们计算出的质子半径不仅彼此吻合，还与2010年的“反常”结果一致。研究人员表示，这一发现表明“质子半径之谜”可能已成为历史。
质子尺寸的确定性增强，对通过氢原子电子行为探寻新粒子的理论具有重要意义。研究团队的实验精度达到百万分之零点五，足以检验量子电动力学这一当前最完善的数学模型的预言。实验结果未发现任何偏差，也未捕捉到新作用力或新粒子的迹象。
这两项实验还为类似研究成为粒子物理学的重要工具奠定了基础。巨型粒子对撞机擅长寻找新的重粒子，而基于氢原子和激光的“桌面实验”则可能发现那些极轻、难以捕捉的粒子，从而拓展人类对微观世界的认知边界。
