科研團隊測量中子電磁結構 解決長期存在的光子-核子耦合問題
2021-11-16 11:08:45 來源:科技日報
記者從中國科學技術大學獲悉，該校科研團隊與合作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。研究成果日前作為封面文章發表在《自然·物理》雜志。
中子作為核子之一，與質子構成了物質世界的最主要成分。在它被發現的90年后，有關其內部結構仍有許多未解之謎，其中之一即光子-核子耦合之謎。該問題源于中子的電磁形狀因子的測量，它是用來描述中子內部結構特別是電或磁密度分布的重要觀測量。1998年，FENICE實驗首次測量了類時空間中子電磁形狀因子，實驗結果表明光子-中子相互作用強于關光子-質子相互作用，與夸克模型理論預期不符。然而，由于中子難以探測，相關的實驗測量比較匱乏，該問題長期以來未能解決。
研究團隊通過能量掃描方法，利用北京譜儀BESIII實驗在質心能量2.0-3.08 GeV的對撞數據，精確測量正負電子對湮沒到中子-反中子對過程的產生截面及有效電磁形狀因子。研究團隊通過聯合中子、反中子在各子探測器的信息，大大提高選擇效率，總的統計量達到FENICE實驗的60倍以上;通過修正中子、反中子的模擬信息以及中性過程的觸發效率，降低實驗的系統誤差。從而獲得目前最精確的中子電磁形狀因子測量結果。
這項實驗結果清楚地表明光子與質子耦合更強，解決了長期存在的光子-核子耦合問題。此外，研究團隊在中子的電磁形狀因子分布上觀測到了周期性振蕩的結構，其振蕩頻率與質子相同，相位接近正交。反常的正交振蕩結構暗示著核子內部存在未理解的動力學機制，可能的解釋包括末態散射效應以及共振結構干涉等。(科技日報記者 吳長鋒)
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