科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒
記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校科研團(tuán)隊(duì)與合作單位組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)類(lèi)時(shí)空間中子的電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果解決了長(zhǎng)期存在的光子-核子耦合問(wèn)題，還觀測(cè)到中子電磁形狀因子隨質(zhì)心能量變化的周期性振蕩結(jié)構(gòu)。研究成果日前作為封面文章發(fā)表在《自然·物理》雜志。
中子作為核子之一，與質(zhì)子構(gòu)成了物質(zhì)世界的最主要成分。在它被發(fā)現(xiàn)的90年后，有關(guān)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍有許多未解之謎，其中之一即光子-核子耦合之謎。該問(wèn)題源于中子的電磁形狀因子的測(cè)量，它是用來(lái)描述中子內(nèi)部結(jié)構(gòu)特別是電或磁密度分布的重要觀測(cè)量。1998年，F(xiàn)ENICE實(shí)驗(yàn)首次測(cè)量了類(lèi)時(shí)空間中子電磁形狀因子，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明光子-中子相互作用強(qiáng)于關(guān)光子-質(zhì)子相互作用，與夸克模型理論預(yù)期不符。然而，由于中子難以探測(cè)，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量比較匱乏，該問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)未能解決。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)能量掃描方法，利用北京譜儀BESIII實(shí)驗(yàn)在質(zhì)心能量2.0-3.08 GeV的對(duì)撞數(shù)據(jù)，精確測(cè)量正負(fù)電子對(duì)湮沒(méi)到中子-反中子對(duì)過(guò)程的產(chǎn)生截面及有效電磁形狀因子。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)聯(lián)合中子、反中子在各子探測(cè)器的信息，大大提高選擇效率，總的統(tǒng)計(jì)量達(dá)到FENICE實(shí)驗(yàn)的60倍以上；通過(guò)修正中子、反中子的模擬信息以及中性過(guò)程的觸發(fā)效率，降低實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差。從而獲得目前最精確的中子電磁形狀因子測(cè)量結(jié)果。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地表明光子與質(zhì)子耦合更強(qiáng)，解決了長(zhǎng)期存在的光子-核子耦合問(wèn)題。此外，研究團(tuán)隊(duì)在中子的電磁形狀因子分布上觀測(cè)到了周期性振蕩的結(jié)構(gòu)，其振蕩頻率與質(zhì)子相同，相位接近正交。反常的正交振蕩結(jié)構(gòu)暗示著核子內(nèi)部存在未理解的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，可能的解釋包括末態(tài)散射效應(yīng)以及共振結(jié)構(gòu)干涉等。
（中國(guó)科大供圖）
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