科學家精確測量中子內部結構 相關論文發(fā)表于《自然—物理》

對中子的類時電磁形狀因子進行測量，不僅解決了長期存在的光子—核子耦合反常的問題，還觀測到了中子電磁形狀因子隨質心能量變化的周期性振蕩結構。近日，相關論文發(fā)表于《自然—物理》。相關評論文章將該成果評價為“精確測量了正負電子對湮滅到中子—反中子對的過程，使我們能夠深入了解中子內部，并更好地了解其復雜結構”。

中子和質子統稱為核子，它們是構成可見物質世界的主要成分。迄今為止，核子的內部結構仍有許多未解之謎，其中之一便是困擾科學家長達20余年的光子—核子相互作用之謎。1998年，FENICE實驗首次測量了中子的類時電磁形狀因子，實驗結果表明光子—中子相互作用強于光子—質子相互作用，與夸克模型預期不符。要解決這一謎題，就需要更精確地測量核子的電磁形狀因子。然而，由于電中性的中子在探測器中難以被探測到，相關實驗測量一直比較匱乏。

BESIII合作組通過能量掃描方法，在質心能量為2.0GeV(十億電子伏特)至3.08GeV的能量區(qū)間內，研究了正負電子對湮滅到中子—反中子對過程。實驗團隊綜合運用中子、反中子在不同子探測器中的信息來有效提高信噪比，還利用100億J/ψ介子數據對中子、反中子在探測器中的探測效率、觸發(fā)效率做精確校準，從而獲得了目前為止中子電磁形狀因子最精確的測量結果。

與FENICE實驗結果相比，BESIII合作組的平均測量精度提高了約30倍。結合BESIII合作組先前獲得的質子研究結果，研究人員得到了光子—質子(中子)相互作用截面之比。該結果清楚地表明光子—質子相互作用更強，驗證了夸克模型的預期。

同時，實驗團隊還觀測到了中子電磁形狀因子分布中的一個周期性振蕩結構，該振蕩結構揭示了核子內部存在未理解的動力學機制，可能的解釋包括末態(tài)散射效應以及共振態(tài)干涉等。(記者倪思潔)