中子皮厚度仅0.28飞米有助于确定每个原子的身份与特征

来源：cnBeta.COM 　2021-04-29 08:54:52

美国能源部的托马斯·杰斐逊国家加速器实验室，核物理学家们对围绕铅核的中子层进行了新的高精度测量，从而揭示了有关中子星的新信息。由近日发表在《物理评论快报》上的文章可知，新测得的中子皮厚度仅为 0.28 飞米(fm)。SCI Tech Daily 指出，这项研究对中子星结构和大小的认知也具有重要的意义。

通过测定一个原子核的质子与中子成分，有助于确定每个原子的身份与特征。为深入了解这些质子和中子在原子核内部的作用，物理学家们正在对不同的原子核展开研究。

以 Lead Radius 实验团队为例，他们正在研究质子与中子是如何在原子核中精细分布的。弗吉尼亚大学教授兼 Lead Radius 实验联合发言人 Kent Paschke 指出：

这项研究的重点，在于搞清楚中子在铅中的位置。铅具有很重的原子核(中子数相当多)，但只有相等的质子和中子混合，核力才能表现得更好。

Paschke 解释称，只有几个质子的轻核，通常内部具有相等数量的质子和中子。但随着原子核变得原来越重，它们就需要更多的中子(而不是质子)来维持稳定。

在具有 20 个以上质子的所有稳定核里，中子都比质子要更多。以铅(Pb)为例，该原子核就拥有 82 个质子和 126 个中子。

而想要测量这些额外的中子是如何分布于原子核内的，就是了解重原子组成的一个关键。

Paschke 补充道：“铅原子核中的质子位于在一个球体中，但我们发现中子在它其周围的一个更大的球体中，于是将之称作所谓的中子皮(neutron skin)”。

据悉，2012 年发表在《物理评论快报》上的 PREx 实验结果，研究团队首次利用电子散射技术对中子皮展开了实验观察，后续又着手在 PREx-II 期项目中对其厚度展开更精确的测量。

2019 年夏季，研究团队借助美国能源部科学办公室的连续电子束加速器设施开展了实验。与 I 期一样，II 期实验依然根据铅中子来测量铅核的平均大小。

中子之所以很难被测量，是因为物理学家用于测量亚原子粒子的许多灵敏探针，都依赖于通过电磁相互作用(自然界中的四种相互作用力之一)来测量粒子的电荷。

由于中子不带电荷，PREx 只能利用另一种基本力(弱核力)来研究中子的分布。不过与质子相比，中子还是具有较大的弱电荷，因此能够借此来测定中子的位置。

试验期间，研究人员精确控制着电子束，使之撞入低温冷却的铅薄片中。这些电子沿着运动方向旋转，就像足球传球时的螺旋线一样。