实验物理学家测量原子核中质子和中子之间的弱力

2022-02-27 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:72 /
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美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)NPDGamma实验的物理学家测量了原子核心中质子和中子之间的弱相互作用,这是在描述基本粒子及其相互作用的标准模型中预测的。该发现发表在《物理评论快报》(arXiv.org预印本)杂志上。Blyth等人分析了NPDGamma实验期间发射的伽马......

美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)NPDGamma实验的物理学家测量了原子核心中质子和中子之间的弱相互作用,这是在描述基本粒子及其相互作用的标准模型中预测的。该发现发表在《物理评论快报》(arXiv.org预印本)杂志上。

Blyth et al analyzed the gamma rays emitted during the NPDGamma Experiment and found parity-violating asymmetry, which is a specific change in behavior in the force between a neutron and a proton. They measured a 30 parts per billion preference for gamma rays to be emitted antiparallel to the neutron spin when neutrons are captured by protons in liquid hydrogen. After observing that more gammas go down than up, the experiment resolved for the first time a mirror-asymmetric component or handedness of the weak force. Image credit: Andy Sproles / Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy.

Blyth等人分析了NPDGamma实验期间发射的伽马射线,发现了违反宇称的不对称性,这是中子和质子之间作用力的特定变化。他们测量了当中子被液态氢中的质子俘获时,伽马射线反平行于中子自旋发射的概率为十亿分之三十。在观察到下降的γ数多于上升的γ数后,实验首次解决了弱力的镜像不对称分量或惯用手。影像学分:美国能源部安迪·斯普劳斯/橡树岭国家实验室。

质子和中子是由称为夸克的较小粒子组成的,它们通过强相互作用结合在一起,这是自然界四种已知力之一:强力、电磁力、弱力和重力。

弱力存在于质子和中子之间的微小距离内;强相互作用将夸克限制在中子和质子中。

这种微弱的力还连接了核粒子的轴向自旋和运动方向,揭示了夸克如何在质子和中子内部运动的微妙方面。

“NPDGamma实验的目标是分离和测量这种弱相互作用的一个组成部分,这种弱相互作用表现为伽马射线,可以以高统计精度进行计数和验证,”ORNL中子物理学团队负责人大卫·鲍曼博士说。

该实验将冷中子引向液态氢目标。

该装置被设计用来控制缓慢移动的中子的自旋方向,根据需要将它们从自旋上升位置“翻转”到自旋下降位置。

当被操纵的中子撞击目标时,它们与液态氢中的质子相互作用。发射出由特殊传感器测量的伽马射线。

在分析了伽马射线后,鲍曼博士和他的同事发现了违反宇称的不对称性,这是中子和质子之间作用力的一种特定变化。

“如果宇称守恒,一个原子核以右手方式旋转,一个以左手方式旋转& # 8212;仿佛它们是镜像& # 8212;会导致等量的伽马射线向上发射和向下发射,”鲍曼博士说。

“但是,事实上,我们观察到下降的γ比上升的γ多,这导致成功地隔离和测量了弱力的镜像不对称分量。”

该团队在大约20年的时间里进行了多次实验,计算和表征伽马射线,并根据中子自旋方向和其他因素从这些事件中收集数据。

结果填补了一个重要的信息,但仍有理论有待检验。

“对于质子和中子内部的夸克之间的弱力有一个理论,但是夸克之间的强力转化为质子和中子之间的力的方式还没有完全理解。这仍然是一个未解决的问题,”研究小组成员、印第安纳大学的迈克尔·斯诺教授说。

他将弱力的测量与强力的测量作为一种示踪剂进行了比较,类似于生物学中的示踪剂,它揭示了系统中感兴趣的过程,而不会干扰它。

斯诺教授说:“弱相互作用使我们能够揭示原子核内夸克动力学的一些独特特征。

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D.Blyth等人(NPDGamma协作)。2018.氢上极化中子俘获中P-奇γ不对称性的首次观察。《列特物理学报》第121卷第24期;doi:10.1103/physrevlett . 121.242002


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