Proton radius puzzle and large extra dimensions
我们提出了一个理论方案来解决质子半径之谜，最近出现的μ介子氢实验。在这个框架中，4 + n维理论与修正引力相结合。质子和μ子之间在很短的距离内的额外引力相互作用提供了一个能量转移，这解释了μ子和电子氢实验的光谱结果之间的差异。假设修正引力是对现有电磁相互作用的一个小扰动，我们发现这个难题可以在严格限制新力的范围的情况下得到解决。我们的结果不仅为质子半径之谜提供了一个可能的解答，而且为在极小尺度上检验新物理提供了一个方向。
2013-05-23 gr-qc hep-ph nucl-ex
Proton-Size Resolution of the Hyperfine Puzzle in Hydrogen
University of Washington（华盛顿大学）
通过考虑质子尺寸效应，解析氢原子基态中超精细相互作用不导致坍缩的谜题。
2026-02-06 hep-ph nucl-th physics.atom-ph
The proton radius (puzzle?) and its relatives
我们审查的电质子电荷半径的测定从一组不同的低能量观测。我们探讨在什么条件下，它可以与适当的有效场论的威尔逊系数。这一讨论推广到其他低能常数。这为我们提供了一个统一的框架来处理与质子电磁相互作用有关的一组低能质子常数。给出了这些天体的非对称定义，以及它们与QCD算符期望值的关系。我们表明，质子半径从光谱和轻子-质子散射（当轻子和质子的非相对论速度移动）是与相同的对象的基本场论与${\cal O}(α)$精度。这些分析的模型依赖性进行了讨论。本文讨论了建立适用于当前或不久的将来轻子-质子散射实验的运动学组态的有效场论的前景。
2021-09-03 hep-ph nucl-th physics.atom-ph
Understanding the proton radius puzzle: Nuclear structure effects in light muonic atoms
本文计算了轻μ子原子的原子核结构对兰姆位移的影响。我们采用现代从头算方法，将最先进的核势与超球谐函数方法相结合。我们的计算有助于在兰姆位移测量中确定核电荷半径，这将有助于解决质子半径之谜。
2015-09-04 nucl-th physics.atom-ph
On the pi pi continuum in the nucleon form factors and the proton radius puzzle
本文提出了一种改进的确定$ππ$连续谱对核子电磁形状因子的等矢谱函数的贡献的方法。我们的分析包括最新的结果为$ππ\to\bar N N$分波从罗伊-施泰纳方程，一致的π矢量形状因子的输入，并彻底讨论违反同位旋效应和不确定性估计。作为一个应用程序，我们认为$ππ$贡献的等矢量电和磁半径的总和规则，其中，在准确已知的中子电半径相结合，被发现稍微喜欢一个小的质子电荷半径。
2016-11-11 hep-lat hep-ph nucl-ex
Can Large Extra Dimensions Solve the Proton Radius Puzzle?
从最近的μ子氢光谱[Antognini et al. 2013; Pohl et al. 2010]中提取的质子电荷半径与CODATA 2010推荐值[Mohr et al. 2012]相差超过4%或$4.4 σ$。这一矛盾被称为“质子半径之谜”，是对粒子物理学标准模型的一个巨大挑战，并引发了近年来量子电动力学计算的大量工作。质子半径之谜可能表明存在一个额外的修正，它扩大了μ子氢的2S-2 P能隙。在这里，我们探讨了大额外维度的可能性，它可以在小尺度上修改牛顿引力，降低2S态的能量，而2 P态几乎不变。我们发现，这种效应可以由四个或更多的大的额外的维度，这是目前的低能物理的限制所允许的。
2013-03-21 hep-ph physics.atom-ph
The Proton Radius Puzzle
质子的大小，特别是它的电荷半径，被认为是已知的约1%的准确度。现在，一种用μ子而不是电子探测质子的新方法发现半径小了大约4%，并且给出了大约0.1%的不确定性极限。我们回顾了不同的测量，一些计算的基础上，他们的一些建议，已提出解决冲突，并简要概述了新的相关实验举措。然而，目前，该问题的解决方案仍然未知。
2015-02-18 hep-ph physics.atom-ph
Electrophobic Scalar Boson and Muonic Puzzles
一种新的耦合到μ子和质子的标量玻色子可以同时解决质子半径之谜和μ子反常磁矩差异。使用各种测量，我们约束这个标量的质量和它的电子，μ子，中子和质子的耦合。不对底层模型做任何假设，这些约束和解决这两个问题的要求将标量的质量限制在大约100 keV和100 MeV之间。我们在耦合常数-质量平面中确定了两个未探索的区域。潜在的未来实验和它们的理论与质量加权轻子耦合的影响进行了讨论。
2016-09-10 hep-ex hep-ph nucl-ex
High-Resolution Hydrogen Spectroscopy and the Proton Radius Puzzle
氢原子的高分辨率光谱在新SI中具有特别重要的意义，因为它可以精确地确定基本常数，例如里德伯常量和质子电荷半径。最近，我们的小组获得了氢中第二精确测量的跃迁频率，1 S- 3S。在质子半径之谜的背景下，这一结果需要进一步的研究。
2019-03-11 physics.atom-ph
Proton radius puzzle and quantum gravity at the Fermi scale
我们展示了如何“质子半径之谜”从测量的兰姆位移μ介子氢可能会解决的结合能的贡献，由于一个有效的Yukawian引力势相关的带电弱相互作用。与实验结果的差异主要是由于需要实验测定质子的引力半径。在电子氢的兰姆位移中没有类似的贡献，这意味着存在与世代相关的相互作用，证实了以前的提议。μ介子氢在检验引力峰统一的可能方案中起着至关重要的作用，弱相互作用被视为费米尺度下量子引力效应的表现。
2013-12-12 gr-qc hep-ph physics.atom-ph
Proton Radius: A Puzzle or a Solution!?
本文梳理了质子半径之谜的最新实验进展，指出不同氢光谱测量结果趋于接近但仍有不一致，质疑该谜题是否已被最终解决，并展望TRIUMF/ARIEL的新实验可能性。
2023-04-12 physics.atom-ph
Precision Rydberg State Spectroscopy with Slow Electrons and Proton Radius Puzzle
针对质子半径之谜，提出利用主量子数约18的慢速圆形里德伯态氢原子改进光谱测量，以精确测定里德伯常数，并给出跃迁品质因数改进估计及仪器改进方案。
2023-09-30 physics.atom-ph
New measurement of the $1S-3S$ transition frequency of hydrogen: contribution to the proton charge radius puzzle
我们提出了一种新的测量$1S-3S$双光子跃迁频率的氢，实现了在室温原子束上的连续波激发激光在205 nm，与$9\times10^{-13}$的相对不确定度。由此测量推导出的质子电荷半径$r_\text{p}=0.877(13)$ fm与当前CODATA推荐值非常一致。这一结果有助于正在进行的搜索，以解决质子电荷半径的难题，这是由CODATA值和更精确的测定$r_\text{p}$从μ子氢光谱之间的差异。
2018-04-27 physics.atom-ph
Is the proton radius puzzle evidence of extra dimensions?
从μ介子氢光谱推断的质子电荷半径与CODATA-2010给出的先前值不兼容，而CODATA-2010本质上依赖于电子-质子相互作用的测量。质子的新尺寸是从μ介子氢的2S-2 P兰姆位移中提取的，与理论预测相比，它显示出0.3 meV的能量过剩，用CODATA半径进行评估。高维引力是解释这种差异的候选者，因为μ子-质子引力相互作用比电子-质子相互作用更强，并且在膜世界模型的背景下，与牛顿势相比，引力势可以在短距离内被极大地放大。受这些想法的启发，我们研究了被限制在厚膜中的μ子氢。我们表明，μ子质子引力相互作用修改额外的维度可以提供额外的2S和2 P状态之间的0.3 meV的分离。在这种情况下，引力能取决于高维普朗克质量，并间接地取决于膜的厚度。研究的行为的引力能相对于膜厚度在一个现实的范围内，我们发现的基本普朗克质量的约束，解决质子半径之谜，并与以前的实验边界是一致的。
2016-08-11 gr-qc hep-ph hep-th
Experiments towards resolving the proton charge radius puzzle
本文综述了质子电荷半径之谜的研究现状。重点是各种实验开始解决μ子氢的结果和散射和定期氢光谱的结果之间的冲突。
2015-10-17 physics.atom-ph
Why three-body physics do not solve the proton radius puzzle
研究了μ子氢谱实验[1]中弱束缚三体系统的可能参与，该实验可以解决当前质子半径测定之间的差异。使用具有复数坐标旋转的变分计算，表明最近被提出作为可能候选者的$pμe$离子在感兴趣的能量区域中没有共振态。QED能级位移包括唯象包括汤川势的三体库仑哈密顿对角化之前。它也表明，$ppμ$分子离子不能发挥任何作用，在观察线。
2012-05-24 physics.atom-ph
On the problem of proton radius puzzle
本文讨论了现代原子物理学中最有趣的问题：质子均方根电荷半径（$r_p$）的测定。通过测量氢原子跃迁频率（$H$）和测量μ子氢原子兰姆位移（$μH$）的实验中提取的$r_p$值的差异，揭示了这个问题。这两个实验给出了非常准确的比较理论和实验评估值的可能性。作为该分析的结果，在$4\%$上发现从$μH$实验提取的质子电荷半径值小于由类氢实验给出的值。近十年来，许多理论工作都致力于在这种偏离的基础上寻找“新物理学”。本文再现了关于测定氢原子中质子电荷半径的分析。
2018-11-02 physics.atom-ph
Reply to "Comment on `Breakdown of the expansion of finite-size corrections to the hydrogen Lamb shift in moments of charge distribution'"
为了遵守评论[J. Arrington，arXiv：1602.01461]的批评，我们考虑质子电形状因子的另一种修改，它解决了“质子半径之谜”。所提出的修改满足了评论中提出的所有一致性标准，但对谜题的影响与原始论文相似。与评论的结论性声明相反，不难发现在低$Q$下对形状因子进行特别修改，以解决差异并与分析性约束一致。我们再一次强调，在找到物理机制之前，我们不认为对质子形状因子的这种特别修改是解决这个难题的办法。
2016-02-09 hep-ph nucl-ex nucl-th
The proton radius puzzle
从μ介子氢的激光光谱学中对质子半径的高精度测量表明，比从电子-质子散射和氢光谱学中获得的值小六个标准差。这种差异的状态，这是众所周知的质子半径之谜将在本文中讨论，补充从μ介子氘光谱学获得的新见解。
2017-08-19 physics.atom-ph
Breakdown of the expansion of finite-size corrections to the hydrogen Lamb shift in moments of charge distribution
我们量化的有限尺寸效应，其中领先的$[(Zα)^4]$和subleading $[(Zα)^5]$的兰姆位移的贡献是由均方半径和第三Zemach时刻的电荷分布的通常会计的限制。当核形状因子在与玻尔半径的倒数相当的尺度上存在任何非光滑行为时，兰姆位移在矩中的扩展就失效了。这与“质子大小之谜”的一些解释有关。例如，我们发现，尽管第三泽马赫矩的值很大，但关于质子形状因子的德·鲁尤拉玩具模型并没有像声称的那样解决这个难题。在不依赖于半径膨胀的情况下，我们展示了在MeV尺度下质子电形状因子的微小百分之一（pcm）变化将能够解释这个难题。它表明，一个需要知道所有的软贡献质子电形状因子PCM精度的精确提取的质子电荷半径从原子兰姆位移。
2015-04-02 hep-ph nucl-th physics.atom-ph
The alpha particle charge radius, the radion and the proton radius puzzle
本文利用μ子氦-4兰姆位移新数据，在大型额外维度理论中计算radion对2S-2P能级差的影响，从而约束radion有效能标与α粒子半径的关系，并探讨其对质子半径之谜的意义。
2023-07-03 gr-qc hep-ph physics.atom-ph
Comment on "Breakdown of the expansion of finite-size corrections to the hydrogen Lamb shift in moments of charge distribution"
在最近的一篇论文中，Hagelstein和Pascalutsa检查了与扩展质子结构修正相关的错误，以电荷分布的矩来表示兰姆位移。他们对质子电荷形状因子的传统参数化提出了一个小的修改，并表明这可以解决质子半径之谜。然而，虽然它们添加到形状因子的“凸起”的大小很小，但与初始参数化中的总质子结构效应相比，它很大，从而产生非物理的最终形状因子。将它们的修改减少到所得到的形状因子是物理的这一点并不允许解决半径难题。
2016-02-02 hep-ph nucl-th physics.atom-ph
Possible Beyond the Standard Model Physics Motivated by Muonic Puzzles
最近的测量质子半径的μ介子氢的兰姆位移是令人不安的不一致的值从氢光谱和电子-质子散射实验中提取。这种差异超过5个标准差，可能是轻子普适性被破坏所导致的新物理学的信号。另一个新物理信号的候选者是μ子反常磁矩。BNL的测量值与标准模型预测值相差至少三个标准差。基于这两个问题，我们首先利用极化轻子-核子弹性散射寻找新的标量玻色子，并提出了核子形状因子的新测量方法。接下来，我们展示了一种方法来分析束流收集器实验，而不使用相空间近似，我们用它来约束所有可能的新自旋0和自旋1粒子，以及各种其他测量来研究新物理的可能性。最后，假设一个新的标量玻色子可以同时解决这两个难题，我们提出了一个一般的模型无关的分析和限制新物理的存在。
2017-08-04 hep-ex hep-ph nucl-th
Some issues concerning the proton charge radius puzzle
本文解释了从电子氢的兰姆位移和从质子的弹性电子散射确定的质子电荷半径的差异，以及最近用μ子氢高精度确定的质子电荷半径的差异。它示出的修改的$2S_{1/2}$和$2P_{3/2}$波函数的“Uehling势”产生的修正$δ(ΔE_{\textrm{Lamb}}) = 0.302$毫电子伏的理论兰姆位移相比，$δ(ΔE_{\textrm{Lamb}}) = 0.322(46)$毫电子伏相当于规定的半径差。这种解释是基于这样的认识，即由外部“Uehling势”修改的束缚态波函数必须由真空偏振传播器传播，以给出正确的领先阶兰姆位移。有人认为，一个冲突的相对论计算忽略了这方面的传播。解释表明，兰姆位移是由QED真空极化动态诱导的，而不仅仅是由试探电荷探测静态外部“Uehling势”的结果。
2012-10-24 physics.atom-ph
Extending theories on muon-specific interactions
质子半径之谜，即在μ介子氢和电子氢中测量的质子半径之间的差异，尚未得到解决。有人认为，超越标准模型（BSM）物理学可以解决这个难题和μ子反常磁矩差异。Karshenboim等人指出，在这个方向上，涉及新矢量玻色子的简单、不可重整化的模型在面对高能数据时存在严重问题。最好的例子是辐射修正W μ nu衰变超过实验界限。我们展示了如何嵌入模型在一个更大的，可以说是重正化的理论恢复规范不变性的矢量粒子相互作用和控制的高能量行为的衰减和散射振幅。因此，BSM对质子半径之谜的解释仍然是可行的。
2015-11-03 hep-ph physics.atom-ph
Pure bound field corrections to the atomic energy levels and the proton size puzzle
最近的μ介子氢实验引发了关于质子电荷半径r的新闻讨论，加强了关于质子电荷半径r的谜题，现在一些物理学家准备采用μ介子的奇异性质，超越标准模型，为了解释μ介子氢实验结果之间的差异（r=0.84087（39）fm）和CODATA-2010值r=0.8775（51）fm。在本文中，我们提出了一种方法，通过注意原子物理学基本方程的逻辑不一致性来实现整个问题的进展，这些基本方程是通过与相应的经典方程类比而构造的，但没有考虑到由处于定常能态的电束缚粒子产生的电磁场的纯束缚性质。我们建议通过在这些方程中引入一些适当的修正因子来消除这种不一致性，这些修正因子涉及到在没有电磁辐射的情况下束缚粒子系统的总动量守恒的要求。我们进一步表明，这种方法不仅可以消除长期存在的理论和实验之间的差异，在物理学的简单原子，但也产生相同的估计质子的大小在经典的2S-2 P兰姆位移在氢，1 S兰姆位移在氢，2S-2 P兰姆位移在μ子氢，平均值r=0.841 fm。最后，我们提出了验证纯束缚场修正有效性的关键实验：大Z介观原子中束缚态寿命的测量，其中标准计算和我们的预测基本上相互偏离，一些现有的实验结果（Yovanovitch，Phys. Rev. 117（1960）1580）强烈支持我们的方法。
2013-05-25 physics.atom-ph
Eta Decay and Muonic Puzzles
研究了由μ子难题（质子半径和μ子$g-2$差异）激发的新物理学。使用轻标量玻色子$ϕ$，假设汤川相互作用，同时解释了这些μ子难题。我们以前的工作限制了这样一个标量玻色子的质量$m_ϕ$的存在，从大约160 keV到60 MeV。我们通过在计算衰变率时考虑所有可能与$ϕ$耦合的粒子的影响来改进这一结果。要做到这一点，需要包括强相互作用物理，包括夸克，这是计算$ηπϕ$顶点函数所必需的。Nambu-Jona-Lasinio模型解释了产生组成质量的自发对称性破缺，用于代表相关的强相互作用物理。我们使用$ηπϕ$顶点函数重新分析电子束流收集器实验。结果是$m_ϕ$的允许范围位于约160 keV和3.5 MeV之间。这个狭窄的范围代表了排除或发现这种标量玻色子的诱人目标。一个可能的UV完成我们的唯象模型进行了讨论。
2019-04-05 hep-ex hep-ph nucl-ex
Proton size from precision experiments on hydrogen and muonic hydrogen atoms
最近，通过将电子氢（$H$）和μ子氢（$μH$）原子的结果之间的四个标准偏差减小到$3.3$值，解决了“质子半径之谜”。从测量氢的单光子$2s-4p$跃迁和兰姆位移的实验中提取的质子均方根半径（$r_p$）的值现在是$0.8335(95)$ fm，这与μ子氢实验$0.84087(39)$ fm非常一致。即使如此，这些值也明显偏离CODATA值，CODATA值是使用包括氢原子中的双光子跃迁的各种谱线的结果确定的平均值。通过考虑单光子散射过程中干涉效应的影响，实现了质子半径难题的求解。干涉效应在原子频率测量中的重要性推动了基于双光子光谱学的实验研究的深入性。结果表明，氢原子双光子$2s-nd$跃迁的干涉路径对质子电荷半径和里德伯常量的确定也有重要影响.
2021-03-29 physics.atom-ph
Hydrogen molecular ions for improved determination of fundamental constants
分析了氢分子离子H + 2和HD +的高分辨振转光谱用于独立测定几个基本常数的可能性。虽然这些分子已被提出计量的核电子质量比，我们表明，它们也是敏感的质子和氘核的半径和里德伯常量的水平上的当前的差异俗称为质子大小之谜。所需的精度水平，在10 - 12的范围内，可以达到实验，使用多普勒自由双光子光谱方案，并通过理论预测。它示出了如何测量几个精心选择的振转跃迁可能揭示新的光质子半径的难题，提供了一种替代的准确测定的里德伯常量，并产生新的值的质子-电子和氘-质子质量比一个数量级更高的精度。
2016-05-18 physics.atom-ph
Crisis and catharsis in atomic physics
氢原子跃迁的精确测量解决了质子大小之谜。
2022-04-22 physics.atom-ph
The Lamb shift in muonic hydrogen and the electric rms radius of the proton
本文提出μ子氢中的μ子应被视为由正负电子对修饰的准粒子而非裸粒子，从而消除质子半径之谜，并得到与 CODATA-2010 一致的质子电荷半径。
2023-04-14 physics.atom-ph
Non-Hermitian Quantum Mechanics of Non-diagonalizable Hamiltonians: puzzles with self-orthogonal states
我们认为QM与非厄米准对角化哈密顿，即哈密顿有一些约旦细胞特别是双正交基。的“自正交”现象是澄清在一个正确的光谱分解，它表明，“自正交”状态永远不会危及分辨率的身份，从而量子平均的观测量。构造了导致哈密顿量中一个约当胞的复势的例子，并阐明了其起因于能级合并。通过对恒等式的正确解析，解决了连续谱中零二进制束缚态的一些难题。
2006-05-26 cond-mat.stat-mech hep-th math-ph
Puzzle of the constancy of fundamental constants
我们讨论的实验和观察，旨在测试可能的时空变化的基本物理常数，预测的现代理论。具体来说，我们考虑两个无量纲的物理参数，这是重要的原子和分子物理：精细结构常数和电子质子质量比。我们回顾了这些实验的现状，并批判性地分析了最近的索赔检测的宇宙学时间尺度上的精细结构常数的变化。我们强调，这一发现仍有待于通过今后的实验和观察加以检验。最严格的上限是，在10千兆的尺度上，所考虑的常数的变化不能超过0.015%。
2000-04-26 astro-ph physics.atom-ph physics.gen-ph
