Forskare har nyligen extraherat protonmassradien från experimentella data. En forskargrupp vid Institute of Modern Physics (IMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) presenterade en analys av protonmassradien i Fysisk granskning D den 11 maj. Protonmassradien bestäms till 0,67 ± 0,03 femtometer, vilket uppenbarligen är mindre än protonens laddningsradie.

I standardmodellen, protonen är en sammansatt partikel gjord av kvarkar och gluoner och den har en storlek som inte är noll. Protonens radie är en global och grundläggande egenskap hos protonen. Det är relaterat till färginneslutningsradien - en egenskap som styrs av kvantkromodynamik (QCD).

Protonens radie är ungefär 100, 000 gånger mindre än atomens, och storleken på kvarken och gluonen är flera ordningar mindre än protonradien. Forskare använder olika distributioner för att beskriva protonens form, såsom laddningsfördelning och massfördelning.

Laddningsradien för protonen har mätts exakt av forskare via Lamb shift av det muoniska vätet eller högenergielektron-proton elastisk spridning, med ett medelvärde på 0,8409 ± 0,0004 femtometer tillhandahållen av Particle Data Group. Ändå, kunskapen om protongravitationsegenskaper såsom protonmassradie har fortfarande varit mycket begränsad.

"Enligt nya teoretiska studier av Dmitri Kharzeev, protonmassradien är relaterad till protonens skalära gravitationsformfaktor, " sa Dr Wang Rong, tidningens första författare. Genom att undersöka vektormesonfotoproduktionsdata för omega, phi och J/psi från experimentet SAPHIR (Spectrometer Arrangement for photon induced Reactions) vid Bonn University, LEPS-experimentet (Laser Electron Photons) vid SPring-8-anläggningen, och GlueX-experimentet vid Jefferson Lab, forskarna bestämde den skalära gravitationsformfaktorn och protonmassradien.

Under tiden, Prof. Dmitri Kharzeev, en teoretisk fysiker vid Stony Brook University, fick ett liknande resultat genom att använda GlueX J/psi-data. Protonmassradien uppskattades till 0,55 ± 0,03 femtometer.

"Båda resultaten kan vara de första värdena någonsin för protonmassradien med experimentella bevis, ", sa Wang. "Bestämningen av protonmassans radie kommer att förbättra vår förståelse av ursprunget till protonmassa och färginneslutningsmekanismen för stark interaktion."

Många frågor kvarstår fortfarande. "Den mindre massradien innebär att massfördelningen skiljer sig väsentligt från protonens laddningsfördelning, " sade professor Chen Xurong, en forskare vid IMP.

Forskare försöker nu få en tydligare bild av protonmassradien och protonstrukturen. GlueX-experimentet vid Jefferson Lab kommer att ge mer data inom en snar framtid. Ännu mer spännande, framtida elektron-jonkolliderare både i USA och i Kina kommer att tillhandahålla Upsilon vektormesonelektroproduktionsdata för forskare att bättre förstå dessa frågor.