精密实验首先孤立测量质子中子之间的弱力

一组科学家首次测量了原子核中质子和中子之间难以捉摸的弱相互作用。他们选择了由一个中子和一个质子组成的最简单的原子核进行研究。

通过能源部橡树岭国家实验室的一项独特的中子实验，实验物理学家解决了原子核心处的微粒之间的弱力，在标准模型中预测了这种微粒及其相互作用。

他们的结果对核粒子之间强大力量的微妙方面敏感，这仍然知之甚少。

“ 物理评论快报”中描述 的团队的观察结果， 使用称为NPDGamma的设备完成了数十年的工作。实验的第一阶段在洛斯阿拉莫斯国家实验室进行。在LANL获得的知识基础上，该团队将项目移至ORNL，以利用实验室散裂中子源产生的高中子束强度。

质子和中子由称为夸克的较小粒子组成，这些粒子通过强相互作用结合在一起，这是四种已知的自然力之一：强力，电磁力，弱力和重力。弱力存在于质子和中子之间和之间的微小距离; 强烈的相互作用限制了中子和质子中的夸克。

弱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移动的微妙方面。

“实验的目的是分离和测量这种弱相互作用的一个组成部分，这表现为可以高统计精确度计算和验证的伽马射线，”ORBL中子物理学的共同作者兼团队负责人David Bowman说。 。“你必须发现很多gammas才能看到这种微小的影响。”

NPDGamma实验是第一个在SNS的基本中子物理光束线上进行的实验，它将冷中子引向液态氢的目标。该装置被设计成控制缓慢移动的中子的旋转方向，根据需要将它们从旋转向上旋转到旋转向下的位置。当被操纵的中子撞击目标时，它们与液态氢原子内的质子相互作用，发出由特殊传感器测量的伽马射线。

在分析了伽马射线后，科学家发现了违反平价的不对称性，这是中子和质子之间力的行为的特定变化。鲍曼解释说：“如果保持平价，一个以右手方式旋转的原子核和一个以左手方式旋转的原子 - 就好像它们是镜像图像一样 - 会导致相同数量的伽马射线向下发射。”

“但事实上，我们观察到更多的游戏下降而不是上升，这导致成功地隔离和测量弱力的镜像不对称成分。”

科学家们在大约二十年的时间里进行了多次试验，对伽马射线进行计数和表征，并根据中子自旋方向和其他因素从这些事件中收集数据。

SNS的高强度以及其他改进使得计数率比之前在洛斯阿拉莫斯中子科学中心的操作高出近100倍。

NPDGamma实验的结果填写了重要的信息，但仍有待测试的理论。

“质子和中子内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尚不完全清楚，”W. Michael Snow说。印第安纳大学的共同作者和实验核物理教授。“这仍然是一个未解决的问题。”

他将弱力与弱力相关的测量结果作为一种示踪剂进行了比较，类似于生物学中的示踪剂，它揭示了一个对系统感兴趣的过程而不会打扰它。

“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，”斯诺补充道。

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