欧洲核物理科学家发现了一个奇异的铝原子核

ISOLDE装置用于研究铝的奇特核心。图片来源：CERN

欧洲核子研究中心（CERN）和芬兰于韦斯屈莱加速器实验室（Accelerator Laboratory）的实验表明，一种奇特的铝核的半径为26mAl，比以前认为的要大得多。这一结果在刚刚发表在《物理评论快报》上的一篇论文中进行了描述，揭示了弱力对夸克的影响，夸克是构成质子、中子和其他复合粒子的基本粒子。

在已知的四种自然基本力——电磁力、强力、弱力和重力——中，弱力可以有一定的概率改变夸克的“味道”。粒子物理学的标准模型描述了所有粒子及其之间的相互作用，它没有预测这个概率的值，但是，对于给定的夸克风格，它确实预测所有可能概率的总和正好是1。因此，概率和提供了一种测试标准模型和搜索新物理场的方法：如果发现概率和与 1 不同，则意味着标准模型之外的新物理场。

有趣的是，涉及上夸克的概率和目前与预期的单位明显紧张，尽管紧张的强度取决于潜在的理论计算。这个总和包括下夸克、奇异夸克和底夸克转化为上夸克的各自概率。

这些概率中的第一个表现在原子核的β衰变中，其中中子（由一个上夸克和两个下夸克组成）变成质子（由两个上夸克和一个下夸克组成），反之亦然。然而，由于发生β衰变的原子核结构复杂，因此通常无法准确确定这种概率。

因此，研究人员转向对核结构影响不太敏感的β衰变子集来确定概率。在表征这种“超允许”β衰变所需的几个量中，衰变原子核的（电荷）半径。

这就是26mAl原子核半径的新结果，它经历了超允许的β衰变。该结果是通过测量 26mAl 原子核子核子核子在 CERN 的 ISOLDE 设施和加速器实验室的 IGISOL 设施进行的实验中对激光的响应而获得的。新的半径是ISOLDE和IGISOL数据集的加权平均值，比预测的要大得多，其结果是涉及上夸克的概率总和中当前表观张力的减弱。

“以前已经在ISOLDE和其他设施中测量了经历超容许β衰变的其他原子核的电荷半径，并且正在努力确定IGISOL的54Co半径，”ISOLDE物理学家和该论文的主要作者Peter Plattner解释说。“但26mAl是一个相当独特的情况，因为它是这种原子核中最精确的研究，但直到现在，它的半径仍然未知，而且，事实证明，它比计算下夸克转化为上夸克的概率时假设的要大得多。

“在标准模型之外寻找新的物理学，包括那些基于夸克改变味道的概率的物理学，通常是一个高精度的游戏，”CERN理论家Andreas Juttner说。“这一结果强调了以各种可能的方式仔细检查所有相关实验和理论结果的重要性。