在核物理學(xué)中，您常常可以清楚地了解故事的兩面，但最近的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)允許研究人員做到這一點(diǎn)。他們將非常相似的原子核相互比較，以更清楚地了解原子核的組成方式，并發(fā)現(xiàn)還有更多關(guān)于原子核的知識(shí)。這項(xiàng)由能源部的托馬斯·杰斐遜國(guó)家加速器設(shè)施進(jìn)行的研究，最近在《物理評(píng)論快報(bào)》上以編輯建議的形式發(fā)表。

DOE勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Reynier Cruz-Torres解釋說(shuō)：“我們想研究核結(jié)構(gòu)，這基本上就是質(zhì)子和中子在核內(nèi)的行為。”技術(shù)。“要做到這一點(diǎn)，我們可以測(cè)量任何想要的核。但是要對(duì)核理論進(jìn)行高精度測(cè)試，我們僅限于具有精確計(jì)算能力的輕核。測(cè)量這些輕核是一般理解核結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)。”

對(duì)于這一測(cè)量，研究人員關(guān)注了宇宙中最簡(jiǎn)單和最輕的兩個(gè)原子核：氦和氫。他們專注于氦的同位素氦3，之所以這么稱呼是因?yàn)樗鼉H包含三個(gè)主要成分：兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。他們測(cè)試的氫同位素tri也由三個(gè)成分組成：一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子。

老Dominion大學(xué)和麻省理工學(xué)院的聯(lián)合博士后研究員弗洛里安·豪恩斯坦說(shuō)：“它們是鏡核。因此，可以假設(shè)氦3中的質(zhì)子與tri中的中子基本相同，反之亦然。”

根據(jù)研究人員的說(shuō)法，通過(guò)比較這些相對(duì)簡(jiǎn)單的原子核，他們可以了解強(qiáng)大的核相互作用，這是其他地方無(wú)法復(fù)制的。這是因?yàn)樽鳛橛钪嬷凶钶p，最復(fù)雜的原子核，這些原子核是與描述不同原子核基本結(jié)構(gòu)的最新理論進(jìn)行比較的極好的示例。

麻省理工學(xué)院的博士后研究員，現(xiàn)任杰斐遜實(shí)驗(yàn)室核實(shí)驗(yàn)的內(nèi)森·伊斯古爾研究員納森·伊斯古爾(Nathan Isgur Fellow)說(shuō)：“理論計(jì)算已經(jīng)存在了一段時(shí)間，但我們不知道它們有多好。”“因此，通過(guò)這項(xiàng)研究，我們能夠定量地說(shuō)明計(jì)算的效果。我認(rèn)為這是非常重要的一步。”

為了進(jìn)行比較，研究人員在連續(xù)電子束加速器設(shè)施(CEBAF)(位于杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的DOE用戶設(shè)施)中的高精度實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了兩個(gè)核。

CEBAF的電子瞄準(zhǔn)了tri和氦3的原子核，其中一些原子與原子核的質(zhì)子相互作用。撞擊的質(zhì)子和相互作用的電子隨后被捕獲并在杰斐遜實(shí)驗(yàn)室A廳實(shí)驗(yàn)室中稱為光譜儀的大型探測(cè)器中進(jìn)行測(cè)量。

克魯茲-托雷斯說(shuō)：“我們使用光譜儀研究那些最終狀態(tài)粒子的性質(zhì)，并回頭看核，并試圖了解核在反應(yīng)發(fā)生之前發(fā)生了什么。”

該實(shí)驗(yàn)具有挑戰(zhàn)性和開(kāi)創(chuàng)性，因?yàn)樗窃诟鼜V泛的能量范圍內(nèi)以前所未有的精度進(jìn)行的。此外，for數(shù)據(jù)是這些研究這些反應(yīng)的第一個(gè)數(shù)據(jù)。

然后，研究人員比較了從實(shí)驗(yàn)到氦3和tri原子核結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算的全部數(shù)據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于兩個(gè)原子核，數(shù)據(jù)通常都與理論上的實(shí)驗(yàn)精度相匹配，這一壯舉被一位研究人員描述為現(xiàn)代核物理的勝利。但是，相對(duì)于某些計(jì)算也觀察到差異，表明需要對(duì)理論處理進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。

“我們期望最后的氦3計(jì)算很容易與數(shù)據(jù)匹配，但實(shí)際上事實(shí)證明the的橫截面非常適合理論計(jì)算，而氦3在整個(gè)范圍內(nèi)都不太適合。因此，我們需要回過(guò)頭來(lái)看看3號(hào)氦。” Hauenstein解釋說(shuō)。

Dien證實(shí)，這種出乎意料的結(jié)果現(xiàn)在是認(rèn)真進(jìn)行輕核研究的動(dòng)力。

Nguyen說(shuō)：“以前，我們認(rèn)為我們對(duì)計(jì)算非常了解。”“但是現(xiàn)在的結(jié)果是驅(qū)使我們進(jìn)行更詳細(xì)的測(cè)量的原因，因?yàn)槲覀兿Ｍ_保我們與理論有很好的一致性。”