物理学家利用镜子核的核理论高精度试验

镜子核

氦和氢镜同位素的精确测量揭示了理解核结构的新问题。来源:美国能源部杰斐逊实验室

氦和氢镜同位素的精确测量揭示了理解核结构的新问题。

它不经常在核物理学中,你可以清楚地得到故事的两面,但最近的实验允许研究人员这样做。他们比较了非常相似的核互相核对,更清楚地了解如何安排核的组成部分,并发现仍然更多地了解物质的核心。在能源托马斯杰斐逊国家加速设施的研究中进行的研究最近被称为编辑所建议的读书物理评论信

“我们想要研究核结构,也就是质子和中子在原子核内的基本行为,”美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的博士后研究员雷尼尔·克鲁兹-托雷斯(Reynier Cruz-Torres)解释说,他在麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)读研究生时参与了这项实验。“要做到这一点,我们可以测量任何我们想要的原子核。但要对核理论进行高精度的测试,我们只能局限于具有精确计算能力的轻核。测量这些轻核是一般理解核结构的基准。”

为了进行这项测量,研究人员集中研究了宇宙中最简单、最轻的两个核:氦和氢。他们关注的焦点是一种叫做氦-3的氦同位素,之所以这样称呼是因为它只包含三个主要成分:两个质子和一个中子。他们测试的氢的同位素氚也由三种成分组成:一个质子和两个中子。

“它们是镜像核。所以,你可以假设氦-3中的质子和氚中的中子基本上是一样的,反之亦然麻省理工学院

根据研究人员的说法,通过比较这些相对简单的原子核,他们可以了解到在其他地方无法复制的强烈的核相互作用。这是因为,作为宇宙中最轻、最不复杂的原子核,这些原子核是与描述不同原子核基本结构的最先进理论相比较的绝佳例子。

“理论计算已经存在了一段时间,但我们不知道他们有多好,”Dien Nguyen,Mit和Isgur核试验中的博物馆实验室核试验中的博士后研究员Dien Nguyen。“所以,通过这项研究,我们能够定量地说计算的良好。我认为这是一个非常重要的一步。“

为了进行比较,研究人员在连续电子束加速器设备(CEBAF)的高精度实验中测量了两个原子核,CEBAF是美国能源部设在杰斐逊实验室的用户设备。

来自CEBAF的电子瞄准氚和氦3的核,其中一些与核质子相互作用。然后在杰斐逊实验室的实验厅A中被捕获并测量被称为光谱仪的大探测器的撞击质子和相互作用的电子。

Cruz-Torres说:“我们使用光谱仪来研究这些终态粒子的性质,并回顾原子核,试图了解在反应发生之前原子核内发生了什么。”

这个实验具有挑战性和开创性,因为它是在更大的能量范围内以前所未有的精度进行的。此外,氚数据是研究这些反应的第一个数据。

然后,研究人员将来自实验的全部数据与理论计算对氦-3和氚核结构的理论计算。他们发现,数据通常符合实验允许的精确度的理论良好,这是一个研究人员作为现代核物理学的胜利描述的壮举。然而,相对于一些计算,也观察到差异,表明需要在理论处理中进一步改进。

“我们本以为最后的氦-3计算会很容易地与数据匹配,但实际上,氚截面与理论计算非常吻合,而氦-3在整个范围内并没有那么多。”所以,我们需要回去看看氦-3,”豪恩斯坦解释道。

迪恩证实,这一出乎意料的结果现在是继续进行这些高精度的轻核研究的动力。

“之前,我们认为我们对计算的理解非常了解,”Nguyen说。“但是现在,结果是让我们做一个更详细的测量的结果,因为我们希望确保我们与理论有良好的一致意见。”

参考:“通过3.H3.(e,ep)PN.横截面测量“由R.Cruz-Torres等。(Jefferson Lab Hall A Tritium Collaboration),20月26日,物理评论信
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.212501

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