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