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对撞机终于派上用场?科学家精确测量强核力 或能解开最神秘星体谜团

2020-12-14 11:26 前瞻网   

 

对撞机终于派上用场?科学家精确测量强核力 或能解开最神秘星体谜团

理论上,原子核中带正电的质子应该互相排斥,然而,即使是含有许多质子和中子的重原子核,也会凝聚在一起。这就是强核力的作用。慕尼黑理工大学研究小组近日利用粒子碰撞,精确测量了这种强核力。

强核力是物理学4种基本力之一。它本质上是质子和中子得以组成的原子核原因。质子和中子又是由更小的粒子,即所谓的夸克组成的。它们同样也被强核力凝聚在一起。

作为日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)ALICE(大型离子对撞机实验)项目的一部分,研究小组现在开发了一种方法,可以高精度地测定质子和超子之间的作用力。后者是一种由所谓的奇夸克组成的不稳定粒子。

奇夸克是基本粒子的一种,是第3轻的夸克,也是第2代粒子,带有电荷−1/3e。如同所有夸克,奇夸克属于费米子,自旋为1/2。

这项研究成果不仅在核物理领域具有开创性,而且是了解中子星的关键。

中子星是我们宇宙中最神秘和最迷人的物体之一,它是除黑洞外密度最大的星体,是恒星演化到末期,经由重力崩溃发生超新星爆炸之后,可能成为的少数终点之一。

质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩形成的一种介于白矮星和黑洞之间的星体,其密度比地球上任何物质密度大相当多倍。

根据科学家的计算,当老年恒星的质量为太阳质量的约8-30倍时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于8个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。

中子星内部压力巨大,电子被压缩到原子核中,同质子中和为中子,使原子变得仅由中子组成,中子简并压支撑住了中子星,阻止它进一步压缩。

而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。换句话说,中子星就是一个巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度。

中子星的质量非常大以至于巨大的引力让光线都是呈抛物线挣脱。

强核力可以用来确定核力的强度。然而,这些计算并不能为具有上下夸克的正常核子提供可靠的预测,只能预测包含重夸克的核子,例如包含1个或多个奇异夸克的超子。

确定强相互作用的实验非常困难,因为超子是不稳定的粒子,在产生后会迅速衰变。

4年前,该校研究人员提出,可以在ALICE实验中使用一种称为毫微镜的技术来研究强核力。这项技术可以在接近1毫微米(10-15米)的空间尺度(大约1个质子的大小)和强核力作用的空间范围进行研究。

研究小组不仅成功地分析了大多数超子-核子组合的实验数据,而且成功地测量了超子中最稀有的一种,即由3种奇异夸克组成的欧米茄的强核力。此外,该小组还开发了自己的框架,能够进行理论预测。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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