科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該?？蒲袌F隊與合作單位組成的聯(lián)合研究團隊，對類時空間中子的電磁結(jié)構(gòu)進行了精確的測量，實驗結(jié)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(zhì)心能量變化的周期性振蕩結(jié)構(gòu)。研究成果日前作為封面文章發(fā)表在《自然·物理》雜志。
中子作為核子之一，與質(zhì)子構(gòu)成了物質(zhì)世界的最主要成分。在它被發(fā)現(xiàn)的90年后，有關(guān)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)特別是電或磁密度分布的重要觀測量。1998年，F(xiàn)ENICE實驗首次測量了類時空間中子電磁形狀因子，實驗結(jié)果表明光子-中子相互作用強于關(guān)光子-質(zhì)子相互作用，與夸克模型理論預(yù)期不符。然而，由于中子難以探測，相關(guān)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(zhì)心能量2.0-3.08 GeV的對撞數(shù)據(jù)，精確測量正負電子對湮沒到中子-反中子對過程的產(chǎn)生截面及有效電磁形狀因子。研究團隊通過聯(lián)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(tǒng)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(fā)效率，降低實驗的系統(tǒng)誤差。從而獲得目前最精確的中子電磁形狀因子測量結(jié)果。
這項實驗結(jié)果清楚地表明光子與質(zhì)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(jié)構(gòu)，其振蕩頻率與質(zhì)子相同，相位接近正交。反常的正交振蕩結(jié)構(gòu)暗示著核子內(nèi)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(yīng)以及共振結(jié)構(gòu)干涉等。
（中國科大供圖）
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