Нейтрон, будучи частицей незаряженной, не даётся учёным — ведь измерить его сложно даже спустя 90 лет после открытия. В частности, никто не знает его точный размер и время жизни.
Учёные приблизились к пониманию внутренней структуры нейтрона
Коллаборации учёных удалось точно измерить форм-фактор нейтрона в диапазоне энергий от 2 до 3,8 гигаэлектронвольт в рамках эксперимента BESIII, проводимого в Китае. Точность выросла более чем в 60 раз по сравнению с предыдущими измерениями.
Unsplash
Все известные атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, однако мы ещё многого не знаем об этих вездесущих частицах.
Однако известно, что нейтрон состоит из трех кварков, которые внутри него удерживаются глюонами. Для описания такой динамичной структуры нейтрона физики используют так называемые электромагнитные форм-факторы — среднее распределение электрического заряда и намагниченности внутри нейтрона. К счастью, форм-фактор можно определить экспериментально.
Один форм-фактор, измеренный на определенном энергетическом уровне, почти ничего не скажет. Именно поэтому учёные измеряют форм-факторы при различных энергиях, а в некоторых диапазонах энергий эксперименты по электронно-протонному рассеянию даже будут давать относительно точный результат.
Чтобы добиться такой же точности при других энергиях, необходимы другие методы, предполагающие взаимное уничтожение материи и антиматерии — так называемые аннигиляционные методы. А значит, физикам нужны античастицы для проведения такого эксперимента. Для этого учёные использовали Пекинский электрон-позитронный коллайдер II, в котором электроны и позитроны — их положительные античастицы — сталкиваются и уничтожают друг друга, создавая новые пары частиц.
Используя детектор BESIII, исследователи наблюдали те случаи, в которых электроны и позитроны после аннигиляции создавали нейтроны и антинейтроны при столкновении. Аннигиляционные эксперименты всегда крайне непросты, да и метод обнаружения нейтрона пришлось практически заново изобретать — тем не менее, всё вышло.
Что же узнали учёные? Измерения показали физикам, что прямой линейной зависимости от энергии не наблюдается — напротив, картина была осциллирующей, а флуктуации уменьшались по мере увеличения уровня энергии. Подобное поведение уже наблюдалось у протона, а значит, нуклоны не имеют простой структуры.
Статья опубликована в журнале Nature Physics.