托马斯·杰斐逊国家加速器设施 氦和氢镜像同位素的精确测量揭示了理解核结构的新问题
信用:能源部的杰斐逊实验室 在核物理中，你很难清楚地了解事情的两面，但最近的一项实验让研究人员做到了这一点
他们将非常相似的原子核相互比较，以更清楚地了解原子核的组成部分是如何排列的，并发现关于物质的心脏还有更多要了解的
这项在能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施进行的研究，最近作为编辑的建议发表在《物理评论快报》上
“我们想研究核结构，这基本上就是质子和中子在原子核内的行为，”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-托雷斯解释说，他在麻省理工学院读研究生时曾从事这项实验
“为此，我们可以测量任何我们想要的原子核
但是要对原子核理论进行高精度的测试，我们只限于有精确计算的轻原子核
测量这些轻核是理解一般核结构的基准
" 在这次测量中，研究人员聚焦于宇宙中最简单最轻的两种原子核:氦和氢
他们聚焦于一种叫做氦-3的氦同位素，之所以这样称呼是因为它只包含三种主要成分:两个质子和一个中子
他们测试的氢同位素氚也由三种成分组成:一个质子和两个中子
“它们是镜像原子核
因此，你可以假设氦-3中的质子和氚中的中子基本相同，反之亦然，”佛罗里达哈恩斯坦说，他是老自治领大学和麻省理工学院的联合博士后研究员
根据研究人员的说法，通过比较这些相对简单的原子核，他们可以获得一个窗口，了解在其他地方无法复制的强核相互作用
这是因为作为宇宙中一些最轻和最不复杂的原子核，这些原子核是与描述不同原子核基本结构的最先进理论进行比较的极好例子
“理论计算已经有一段时间了，但我们不知道它们有多好，”麻省理工学院博士后研究员、即将上任的杰弗逊实验室核实验内森·伊斯古尔研究员迪恩·阮解释说
“因此，通过这项研究，我们能够定量地说明计算有多好
我认为这是非常重要的一步
" 为了进行比较，研究人员在连续电子束加速器设施(CEBAF)的高精度实验中测量了两个原子核，该设施是位于杰弗逊实验室的美国能源部用户设施
来自CEBAF的电子瞄准氚和氦-3原子核，其中一些与原子核的质子相互作用
撞击的质子和相互作用的电子随后在杰弗逊实验室的实验大厅被称为光谱仪的大型探测器捕获和测量
克鲁兹-托雷斯说:“我们使用分光计来研究那些最终状态粒子的性质，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，因为它是在更大范围的能量下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手资料
然后，研究人员将实验的全部数据与氦-3和氚原子核结构的理论计算进行了比较
他们发现，这两种原子核的数据基本上都与理论吻合得很好，达到了实验所允许的精度，一位研究人员将这一壮举描述为现代核物理的胜利
然而，相对于一些计算，也观察到了差异，这表明需要进一步改进理论处理
“我们预计氦-3的计算结果很容易与数据相匹配，但事实证明氚的横截面与理论计算非常吻合，氦-3在整个范围内并不太吻合
所以，我们需要回去看看氦-3，”哈恩斯坦解释说
迪恩证实，这个意想不到的结果现在是继续认真进行轻核高精度研究的动力
“以前，我们认为我们对计算有很好的理解，”阮说
“但现在，结果驱使我们做更详细的测量，因为我们想确保我们与理论有很好的一致性
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