一個只有0.035乘以10的負15次方公尺、小到幾乎不能再小的長度，卻讓清大物理系副教授劉怡維列名的研究論文，登上國際頂尖期刊「自然」 (Nature)的封面故事，甚至可能改寫物理領域中最完美的量子電動力學，震撼全球物理學界。
「大家反應都很震驚！」劉怡維表示，去年7月研究團隊完成這個跨國性的大規模研究計畫，全球物理學家大感震驚，陸續開討會討論物理學界未來可能面臨的問題。
劉怡維說，質子、中子及電子是組成物質的三個基本元素，質子和中子構成原子核，電子圍繞在原子核外的軌道上運行。由於質子的數目向來被用來標定化學元素，而氫原子的原子核只由單一質子組成，再加一個電子繞著質子運行，被視為物理學中最好的研究對象，氫原子研究也因此帶動現代物理學的發展。
3大洲32科學家花三、四十年突破
近百年來，質子半徑被公認為0.8768飛米，每一飛米為一公尺乘10的負15次方，但物理學家知道這一數值不精確，花了三、四十年要以渺子氫原子來測定更精準的質子半徑，卻仍一無所成。
2001年，劉怡維加入由美洲、歐洲及亞洲32位頂尖科學家組成的研究團隊，進行偵測渺子氫原子中質子半徑的研究。2002、2003及2007年的研究及尋找都不成功，直到2009年夏天出現關鍵性突破。去年7月5日科學家終於偵測到明確的訊號。
比當前公認值小4% 精確10倍
經過漫長並仔細的數據分析，這群科學家以比過去精確10倍的數質，推算出質子的半徑為0.84184飛米，比當前公認值的0.8768飛米，足足小了4%。 這個全新結果不但推翻所有相關理論與實驗，更讓百年來的原子物理學，出現矛盾與不一致。最近三個月來，物理學家開始探討原子物理理論，但尚未有結論。
劉怡維指出，量子電動力學是已被精確檢驗過的光與物質基本理論，但這項新發現將挑戰電子動力學的正確性，或許還將改變目前最精確的基本物理常數「雷德堡常數」。
清華大學物理系副教授劉怡維(左)及參與研究的博士生高政揚(右)。
可偵測質子半徑的雷射系統。
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