Only Perception: 科學家扭轉對「中子」電性的看法

2007-09-18

科學家扭轉對「中子」電性的看法

Research overturns accepted notion of neutron's electrical properties
http://www.physorg.com/news109259529.html

September 17, 2007

對二世代的物理學家來說，這已成為一種標準信念：中子是一種電中性的基本粒子，同時也是原子的主要成份之一。但事實上，中子的中心是帶正電荷，並抵消掉其外緣的負電荷。

中子首先由費米（Enrico Fermi）在 1974 年提出，費米是位諾貝爾桂冠，因其在第一個核反應器的開發中所扮演的角色而知名。不過華盛頓大學物理學家的新研究證實，中子的電核並不像費米所相信的那樣簡單。

利用最近在三個不同實驗室所收集到的精確資料，以及某些新的理論工具，Gerald A. Miller，UW 的物理學教授，發現中子在其內核（inner core）與外緣（outer edge）均有負電荷，同時正電荷如同三明治般夾在二者之間，以造成粒子的電中性。

"沒人意識到這種狀況，" Miller 說。"這相當顯著，因為這是我們之前所不知，一個相當明確的大自然事實。現在我們知道了。"

這項發現改變了科學上對於，中子如何與帶負電的電子及帶正電的質子交互作用的理解。尤其它涉及到對於強作用力（strong force），自然界四種基本作用力之一（其他三種是弱作用力、電磁與重力），的理解。

強作用力將原子核束縛在一起，這讓原子（所有物質的基石）能夠聚集成分子。

"我們得確實了解強作用力如何作用，因為它是我們所知宇宙中最強的力，" Miller 說。

這項發現是基於下列各處所收集的資料：維州 Newport News 的 Thomas Jefferson National Accelerator Facility，MIT 的 Bates Linear Accelerator，德國 Johannes Gutenberg 大學的 Mainz Microtron。

這三個實驗室檢查次原子粒子各方面的特性與行為，而 Miller 研究他們所收集關於中子的資料。他的分析發表在 9/13 線上版的 Physical Review Letters 上。該研究部份由美國能源部所資助。

因為這些分析是基於直接觀察所收集到的資料，這幅圖像可能隨著有更多資料被收集而改變更多，Miller 說。

"一個粒子可以是電中性，卻仍有與電荷相相關的特性。我們老早就知道中子具有這些特性，不過我們現在更了解它們了，" 他說。

他提到這發現最重要的觀點是，確認中子在其外緣攜有負電荷，這是費米原始構想中關鍵的一部份。

束縛原子核的強作用力與核能及核武相關，所以該研究在這些區域中，可能具有潛在應用。

那也能使我們更加了解發生在我們太陽中之核反應爐的交互作用，以及對強作用力有更普遍地了解，Miller 說。

"我們已經知道，如果沒有強作用力，你就不可能擁有原子 -- 或是隨原子而來的任何事物，" 他說。

※ 相關報導：

＊ Charge Densities of the Neutron and Proton
http://link.aps.org/abstract/PRL/v99/e112001