爱游戏app

En

科研進展

2021年11月12日
中國科大精確測量中子電磁結構,成果作為封面文章發表《自然?物理》

愛游戲app與德國美因茨亥姆霍茲研究所和華南師范大學等單位組成的聯合研究團隊,對類時空間中子的電磁結構進行了精確的測量,實驗結果解決了長期存在的光子-核子耦合問題,還觀測到中子電磁形狀因子隨質心能量變化的周期性振蕩結構。該結果于2021年11月8日作為封面文章發表在《自然·物理》雜志(Nature Physics 17, 1200–1204 (2021))。

中子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)作為核(he)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)之(zhi)(zhi)(zhi)一(yi),與質子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)構成(cheng)了物質世界的(de)(de)最主要成(cheng)分(fen)。在它被發現90年后,有關(guan)其內部結構仍有許多未解之(zhi)(zhi)(zhi)謎,其中之(zhi)(zhi)(zhi)一(yi)即光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)-核(he)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)耦(ou)合之(zhi)(zhi)(zhi)謎。該問(wen)題源于中子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)電(dian)磁(ci)形狀因(yin)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang),它是(shi)用來描(miao)述中子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)內部結構特別是(shi)電(dian)或磁(ci)密度分(fen)布的(de)(de)重要觀(guan)測(ce)量(liang)(liang)(liang)。1998年,FENICE實(shi)驗(yan)首次測(ce)量(liang)(liang)(liang)了類時(shi)空間中子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)磁(ci)形狀因(yin)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi),實(shi)驗(yan)結果表明光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)-中子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)相互(hu)作用強(qiang)于關(guan)光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)-質子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)相互(hu)作用,與夸克模型理論預(yu)期(qi)不符。然而,由于中子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)難(nan)以(yi)探測(ce),相關(guan)的(de)(de)實(shi)驗(yan)測(ce)量(liang)(liang)(liang)比(bi)較匱乏,該問(wen)題長期(qi)未能解決。

該研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)團隊通過(guo)能(neng)(neng)量(liang)(liang)掃(sao)描方法,利用北京譜(pu)儀BESIII實(shi)驗在(zai)質(zhi)心能(neng)(neng)量(liang)(liang)2.0-3.08 GeV的(de)(de)(de)對(dui)撞數據,精確(que)測(ce)量(liang)(liang)正負(fu)電子(zi)對(dui)湮(yin)沒到中(zhong)子(zi)-反中(zhong)子(zi)對(dui)過(guo)程的(de)(de)(de)產生截面及有(you)效(xiao)電磁(ci)形狀(zhuang)因子(zi)。研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)團隊通過(guo)聯(lian)合中(zhong)子(zi)、反中(zhong)子(zi)在(zai)各子(zi)探測(ce)器的(de)(de)(de)信息(xi),大(da)大(da)提高(gao)選(xuan)擇效(xiao)率,總(zong)的(de)(de)(de)統(tong)(tong)計量(liang)(liang)達(da)到FENICE實(shi)驗的(de)(de)(de)60倍以上;通過(guo)修正中(zhong)子(zi)、反中(zhong)子(zi)的(de)(de)(de)模擬(ni)信息(xi)以及中(zhong)性(xing)過(guo)程的(de)(de)(de)觸(chu)發效(xiao)率,降低實(shi)驗的(de)(de)(de)系(xi)統(tong)(tong)誤差。從(cong)而獲(huo)得目前最精確(que)的(de)(de)(de)中(zhong)子(zi)電磁(ci)形狀(zhuang)因子(zi)測(ce)量(liang)(liang)結(jie)(jie)(jie)果(guo)。實(shi)驗結(jie)(jie)(jie)果(guo)清楚地表明光子(zi)與質(zhi)子(zi)耦合更強[圖1(a)],解(jie)(jie)決(jue)了(le)長期存在(zai)的(de)(de)(de)光子(zi)-核子(zi)耦合問題。此外(wai),研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)團隊在(zai)中(zhong)子(zi)的(de)(de)(de)電磁(ci)形狀(zhuang)因子(zi)分布(bu)上觀測(ce)到了(le)周期性(xing)振蕩(dang)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)構(gou),其(qi)振蕩(dang)頻(pin)率與質(zhi)子(zi)相同,相位(wei)接近正交(jiao)[圖1(b)]。反常(chang)的(de)(de)(de)正交(jiao)振蕩(dang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)暗示著(zhu)核子(zi)內部(bu)存在(zai)未理解(jie)(jie)的(de)(de)(de)動力學機(ji)制,可(ke)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)解(jie)(jie)釋包括末態散射效(xiao)應(ying)以及共振結(jie)(jie)(jie)構(gou)干涉等(deng)。

該研究工作中科大團隊發揮了領導作用,黃光順教授和鄢文標副教授與高能所的胡海明研究員共同提出實驗計劃并成功完成取數,周小蓉副教授主導了該過程的實驗分析工作,李佩蓮博士和彭海平對反中子在飛行時間探測器的重建做出重要貢獻,實驗得到趙政國教授的支持。該研究受到國家自然科學基金委、國家科技部、中科院項目資助。

中科大(da)BESIII研究團隊長期(qi)致(zhi)力(li)于(yu)正負(fu)電(dian)子(zi)對撞機上(shang)(shang)的(de)(de)核子(zi)及超子(zi)結(jie)構(gou)研究,迄(qi)今已在(zai)BESIII上(shang)(shang)取得不少成(cheng)(cheng)果,包括質子(zi)的(de)(de)電(dian)磁形(xing)狀因子(zi)精(jing)確測量(liang),Lambda超子(zi)和Lambdac粲重(zhong)子(zi)產生的(de)(de)反常閾值截(jie)面觀測,以及Sigma超子(zi)和Xi超子(zi)的(de)(de)截(jie)面譜(pu)測量(liang)等(deng)。黃光順教授(shou)應邀在(zai)《國家科學評(ping)論》(National Science Review, NSR)雜志(zhi)上(shang)(shang)發表(biao)綜述(National Science Review, nwab187(2021),)。一系(xi)列的(de)(de)實(shi)驗成(cheng)(cheng)果為(wei)理解重(zhong)子(zi)內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)性質提供(gong)了重(zhong)要(yao)實(shi)驗數(shu)據。

文(wen)章信息(xi):The BESIII Collaboration. Oscillating features in the electromagnetic structure of the neutron. Nat. Phys. 17, 1200–1204 (2021).

新聞評(ping)論:


(物(wu)理學院、科研部)

相關新聞
近日,愛游戲app雷久侯、祝寶友和陸高鵬教授團隊在雷暴云頂向上放電及多圈層耦合方面取得重要進展...