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

Gerald A. Miller
Phys. Rev. Lett. 99, 112001 (2007)
doi:10.1103/PhysRevLett.99.112001


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