研究人員報告說,更加準確地測量了中子的半徑

2021-01-18 孜然實驗室

Patrick Reinert, Evgeny Epelbaum, Daniel Mller, Arseniy Filin, Vadim Baru (from left). Credit: RUB, Marquard

波鴻的一個研究小組以比以往任何時候都更直接的方式確定了中子的大小,從而糾正了先前的假設。

中子的大小不能直接測量:只能從涉及其他粒子的實驗中確定。到目前為止,雖然這種計算是使用舊的重原子測量以非常間接的方式進行的,但波鴻魯爾大學理論物理研究所(RUB)的一個團隊卻採取了另一種方法。通過將他們非常精確的計算與最近對輕核的測量相結合,研究人員得出了一種更直接的方法。由葉夫根尼·埃珀鮑姆(Evgeny Epelbaum)教授領導的研究人員在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上描述了他們的結果,這些結果與以前的結果有很大不同。

中子和質子共同稱為核子(nucleon),形成原子核,因此是我們宇宙中最常見的粒子之一。核子本身由強相互作用的夸克和膠子組成,並具有複雜的內部結構,對此的精確理解是積極研究的主題。核子的基本特性之一是其大小,由電荷分布確定葉夫根尼·埃珀鮑姆解釋說:「在內部,有正電荷區和負電荷區,這些區域加在一起會導致中子的總電荷為零。中子的半徑可以被認為是電荷分布的空間擴展。因此,它決定了中子的大小。」

間接測量法

迄今為止,中子半徑的確定是基於在重原子(例如鉍)的電子殼上使用極低能中子進行的散射實驗。「研究人員會將這種中子束對準載有許多電子的重同位素目標,並確定通過多少中子。」位于波鴻的物理學家阿森尼·菲林(Arseniy Filin)博士說。這樣就可以提取中子的大小。他說:「這是一種非常間接的方法。」

在他們目前的項目中,該小組首次確定了最輕原子核的中子電荷半徑。在理論研究中,他們成功地以高精度計算了氘(deuteron)核半徑。氘核是最簡單的原子核之一,由一個質子和一個中子組成。由於氘核中的兩個核子相距較遠,因此氘核比其兩個組成部分要大得多。波恩大學亥姆霍茲輻射與核物理研究所的瓦迪姆·巴魯(Vadim Baru)博士總結道:「我們對氘核半徑的準確預測,再加上對氘核-質子半徑差的高精度光譜測量,得出的中子半徑值比先前的測定值高出約1.7個標準偏差。」。因此,中子將被校正。

獲得的值為<rn2> = -0.106-0.005+0.007fm2,其大小比「Particle Data Group」給出的當前值小1.7σ。 Particle Data Group的平均值是 0.1161±0.0022fm2 fm是飛米,10^-15米

相關焦點

  • 質子的半徑始終無法準確測量,新測量方法能否解開質子之謎?
    ,也就是說物理學家研究質子這種微觀粒子也已經有一百年了,對於這樣一個大家熟知的微觀粒子,它身上到底有什麼至今還沒有解開的謎團呢?因為質子實在是太小了,它比最小的原子:氫原子的半徑還要小6、7萬倍,想要測量質子的半徑,就要比在大海中捕撈一粒沙子一樣困難,所以物理學家在測量質子半徑方面耗費了大量的時間,有的讀者會說:現在的科技手段如此發達,質子太小,不能作為無法測量質子半徑的理由,是的,質子太小,並不是阻礙測量其半徑的全部因素,質子除了非常小之外,它還不是最基本的粒子,也就是說質子並不是我們想像中的一種實體球,而是一種由三個夸克構成的複合粒子
  • 雖然中子星質量比太陽大,但半徑卻比地球小
    研究小組組長巴德裡·克裡希南說,「我們的結果將半徑限制在10.4-11.9公裡之間。」也就是說,它的直徑在20.8-23.8公裡之間。該團隊的研究對象相當著名:雙星中子星合併產生的引力波是由LIGO和Virgo在2017年探測到的。這個物體已經被多個望遠鏡研究過很多次了,包括費米衛星、哈勃太空望遠鏡以及世界各地的其他望遠鏡和天文臺。
  • 半徑11公裡!中子星大小最精確的測量數據被公布,誤差在1公裡之內
    一個國際研究小組的一項新研究縮小了典型中子星的半徑範圍,為天文學家提供了迄今為止最精確的測量數據。 科學家發現,典型的中子星的質量大約是我們的太陽的1.4倍,其半徑約為11公裡(6.8英裡),最新的研究結果將半徑限制在10.4到11.9公裡(6.5到7.4英裡)之間,這比之前的結果更嚴格了兩個因素
  • 科學家們比以往任何時候都更精確地測量了中子的特性
    在最近的一項研究中,保羅·謝勒研究所的科學家們比以前更精確地測量了中子的特性。他們發現,中子的電偶極矩明顯小於先前的假設。他們的測量在EDM試驗中佔有一席之地,探測違反時間反轉不變性的物理。此外,觀察到的中子數必須足夠大,以提供測量nEDM的機會。因此,PSI的測量持續了兩年。測量了所謂的超冷中子,即速度相對較慢的中子。每隔300秒,就會有一個8秒長、包含1萬多個中子的束被導向實驗並進行檢查。科學家估計總共有5萬個這樣的包裹。菲利普·施密特-韋倫伯格是PSI公司nEDM項目的一名科學家,他說:「即便是PSI擁有大型研究設施,這也是一項相當廣泛的研究。
  • 根據最新的超精準測量,一個常規的中子星僅有13.6英裡寬
    中文簡介: 典型的中子星包含的質量高達 一百萬個地球的,但它們並不比中等大小的城市大。天文學家用太陽質量來描述中子星的重量,其中一個太陽質量等於我們太陽的重量。標準中子星質量通常為1.4太陽質量(物體成為中子星所需的最小重量),但是這一發現將該範圍擴大到2.3太陽質量。根據新的研究,典型的中子星長22公裡(13.6英裡)。這是對這些高度緊湊的超高密度物體的最精確測量。
  • 用雷射測量氦原子核的半徑
    近日,瑞士的保羅謝爾研究所(Paul Scherrer Institute,PSI)的研究小組發表了最新的氦原子核半徑的測量結果。此次測量結果相比於之前精確度提高了5倍。更加精確的測量結果有助於驗證物理學理論和確定物理基本常數的數值。該實驗採用了μ子—一種類似於電子,但比電子重兩百倍的基本粒子。PSI也有著全球唯一的低能量μ子源。
  • 測量結果表明質子半徑比預期的要小,是否會重新定義裡德伯常數?
    因此,對許多科學領域來說,測量質子的大小是很重要的。此外,近年來,其他測量結果表明,官方的信息並非永遠正確。2010年,科學家用雷射光譜對質子-介子化合物進行了研究。測量結果表明,質子電荷半徑為0.84184飛米,比先前官方認可的數值(0.8768飛米)小了4%左右。
  • 測量地球半徑
    文|小河問題情景:假如你正在地球赤道附近的海邊度假,住在一家臨海旅館四層的一個房間裡,房間視野開闊,有一天,旅館老闆懸賞:明天天亮以前誰要能想出一個相當準確的方法來測量地球半徑,將免去旅客住店期間的所有費用,條件是除了藉助於
  • 中子電偶極矩測量結果出爐,遠小於預測值,物理學需要新理論了
    蘇塞克斯大學(University of Sussex)的科學家已經比以往任何時候都更加精確地測量了中子的特性,中子是宇宙中的基本粒子。他們的研究是對宇宙中為什麼還有剩餘物質的調查的一部分 -為什麼大爆炸中產生的所有反物質都消失了,而只有正物質保留了下來。
  • 上海天文臺提出X射線雙星中的中子星半徑下限
    中國科學院上海天文臺天體物理研究室研究員餘文飛帶領的高能觀測團隊提出了利用毫赫茲準周期振蕩給出中子星半徑下限的方法,並首次應用該方法給出一個中子星小質量X射線雙星4U1636-53中的中子星半徑大於11公裡的限制。該工作為將來使用下一代X射線時變觀測衛星測量更加緊緻的中子星半徑開闢了新視角。
  • 迄今最精確:中子星半徑為10.4 11.9千米,卻比太陽還重!
    研究的主要作者、阿爾伯特·愛因斯坦研究所研究員科林·卡帕諾說:雙星中子星合併是信息的金礦!除黑洞外,中子星包含可觀測宇宙中密度最大的物質。事實上,它們是如此的緻密和體積微小: 阿爾伯特·愛因斯坦研究所、研究小組的負責人巴德裡·克裡希南(Badri Krishnan)說:我們發現,典型中子星質量大約是太陽的1.4倍,半徑約為11千米,而新研究結果將半徑限制在10.4~11.9千米之間,這是比之前結果更嚴格的兩個因素,也更加精確!
  • 美國研究人員:藉助GPS數據 可迅速準確地發布海嘯預警
    美國研究人員日前報告說,藉助全球定位系統(GPS)數據,可以更為迅速和準確地發布海嘯預警。  現階段海嘯預警主要依賴地震監測網絡,在一些情況下可能需要耗費超過20分鐘,才能估算出在地震強度和地震波的影響下湧向沿海地區的海浪高度。
  • 新研究發現中子星半徑一般為11公裡
    一個由馬普引力物理研究所成員負責的國際研究組,用新方法分析得到中子星的半徑大約在11公裡左右。研究者稱,這比以前研究結果得出的範圍縮小了兩倍。一般的中子星相當於將兩倍太陽質量的物質塞進一座城市大小的空間內。
  • 中子星有多大?迄今為止最精確的答案出爐!
    一個國際研究團隊結合引力波,多信使天文學和核物理,利用這樣一種全新的方法計算得到了迄今為止最精確的中子星大小由馬克斯·普朗克引力物理研究所(阿爾伯特·愛因斯坦研究所,AEI)成員領導的國際研究團隊獲得了關於中子星大小的新測量方法。 為此,它們結合了對中子星的未知行為的一般性第一性原理和對雙中子星合併GW170817的多信使觀測。
  • 核外電子的形狀,半徑,自旋是什麼?為什麼說電子有半徑無體積?
    但準確來說,電子並沒有形狀。電子屬於基本粒子,也就是說電子沒有內部結構,不可再分成更小的物質,或許說電子內部是未知的。物理學家也管電子叫點粒子。點粒子指的是零維度,不佔據空間的粒子。我們都知道,一維是線,二維是面,三維是體。在三維空間內,維度每疊加一次,就是相鄰的低維度的無數次疊加。
  • 國家天文臺參與的國際研究團隊首次同時測量出冷亞矮星的質量和半徑
    近日,由國家天文臺興隆觀測基地任娟娟博士參與的國際研究團隊,發現了首顆存在掩食現象的白矮星+冷亞矮星雙星(圖1),並藉助該雙星首次同時準確測量出了冷亞矮星的質量和半徑。該研究工作由來自西班牙加泰隆尼亞理工大學(UPC)、加泰隆尼亞太空研究所(IEEC)、英國謝菲爾德大學(University of Sheffield)、中國科學院國家天文臺、英國華威大學(University of Warwick)等單位的科研人員共同合作完成。相應成果於2019年4月8日在線發表在國際科學期刊《自然·天文》(Nature Astronomy)上。
  • ORNL開發中子研究發動機 推進先進汽車設計
    當時研究人員成功評測一款小型原型發動機,其氣缸蓋由該實驗室開發的一種新高溫鋁鈰合金鑄造而成。這是全球首次使用美國能源部散裂中子源(SNS,位於ORNL)的VULCAN 中子衍射儀,對運行中的發動機進行中子衍射分析。此項研究不僅證明此類獨特合金的硬度,而且表明使用中子等非破壞性方法分析新材料具有價值。
  • 科學家同時測量出冷亞矮星的質量和半徑
    近日,由中國科學院國家天文臺興隆觀測基地博士任娟娟參與的國際研究團隊,發現了首顆存在掩食現象的白矮星+冷亞矮星雙星(圖1),並藉助該雙星首次同時準確測量出了冷亞矮星的質量和半徑
  • 比中子星更加神秘,奇異夸克星真的存在嗎?科學家該如何發現它?
    首先,按照這個理論,所有的中子星內應該都有奇異夸克的存在,這就會導致中子星全都崩潰為夸克星。而實際上我們觀測到的中子星,體積都超過了理論上夸克星的極限。另外,雖然說質子和中子是由上、下夸克組成的,但不代表它們內部就絕對不存在奇異夸克。量子漲落允許奇異夸克偶爾在極短的時間內出現一下,而我們從未見過這樣的情況導致周圍的一切都變成奇異物質,因為單個的奇異夸克是不穩定的。
  • 不斷向微觀發起挑戰,科學家精確測量了質子的半徑
    得到的質子半徑新值為0.831飛米,與最近的介子原子光譜結果一致。實驗發言人阿肖特·加斯帕裡安說:「我們很高興多年的艱苦合作終於有了一個好的結果,這對所謂的質子半徑之謎的解決起到了關鍵作用。」宇宙中所有可見的物質都是建立在一個由三個夸克組成的雲上,它們以強大的能量結合在一起。