歐洲核物理科學家發現了一個奇異的鋁原子核

ISOLDE裝置用于研究鋁的奇特核心。圖片來源：CERN

歐洲核子研究中心（CERN）和芬蘭于韋斯屈萊加速器實驗室（Accelerator Laboratory）的實驗表明，一種奇特的鋁核的半徑為26mAl，比以前認為的要大得多。這一結果在剛剛發表在《物理評論快報》上的一篇論文中進行了描述，揭示了弱力對夸克的影響，夸克是構成質子、中子和其他復合粒子的基本粒子。

在已知的四種自然基本力——電磁力、強力、弱力和重力——中，弱力可以有一定的概率改變夸克的“味道”。粒子物理學的標準模型描述了所有粒子及其之間的相互作用，它沒有預測這個概率的值，但是，對于給定的夸克風格，它確實預測所有可能概率的總和正好是1。因此，概率和提供了一種測試標準模型和搜索新物理場的方法：如果發現概率和與 1 不同，則意味著標準模型之外的新物理場。

有趣的是，涉及上夸克的概率和目前與預期的單位明顯緊張，盡管緊張的強度取決于潛在的理論計算。這個總和包括下夸克、奇異夸克和底夸克轉化為上夸克的各自概率。

這些概率中的第一個表現在原子核的β衰變中，其中中子（由一個上夸克和兩個下夸克組成）變成質子（由兩個上夸克和一個下夸克組成），反之亦然。然而，由于發生β衰變的原子核結構復雜，因此通常無法準確確定這種概率。

因此，研究人員轉向對核結構影響不太敏感的β衰變子集來確定概率。在表征這種“超允許”β衰變所需的幾個量中，衰變原子核的（電荷）半徑。

這就是26mAl原子核半徑的新結果，它經歷了超允許的β衰變。該結果是通過測量 26mAl 原子核子核子核子在 CERN 的 ISOLDE 設施和加速器實驗室的 IGISOL 設施進行的實驗中對激光的響應而獲得的。新的半徑是ISOLDE和IGISOL數據集的加權平均值，比預測的要大得多，其結果是涉及上夸克的概率總和中當前表觀張力的減弱。

“以前已經在ISOLDE和其他設施中測量了經歷超容許β衰變的其他原子核的電荷半徑，并且正在努力確定IGISOL的54Co半徑，”ISOLDE物理學家和該論文的主要作者Peter Plattner解釋說。“但26mAl是一個相當獨特的情況，因為它是這種原子核中最精確的研究，但直到現在，它的半徑仍然未知，而且，事實證明，它比計算下夸克轉化為上夸克的概率時假設的要大得多。

“在標準模型之外尋找新的物理學，包括那些基于夸克改變味道的概率的物理學，通常是一個高精度的游戲，”CERN理論家Andreas Juttner說。“這一結果強調了以各種可能的方式仔細檢查所有相關實驗和理論結果的重要性。