我国科学家精确测量中子电磁结构

从中国科学技术大学获悉，该校科研团队与合作单位组成的联合研究团队，对类时空间中子的电磁结构进行了精确的测量，实验结果解决了长期存在的光子-核子耦合问题，还观测到中子电磁形状因子随质心能量变化的周期性振荡结构。研究成果日前作为封面文章发表在《自然·物理》杂志。

中子作为核子之一，与质子构成了物质世界的最主要成分。在它被发现的90年后，有关其内部结构仍有许多未解之谜，其中之一即光子-核子耦合之谜。该问题源于中子的电磁形状因子的测量，它是用来描述中子内部结构特别是电或磁密度分布的重要观测量。1998年，FENICE实验首次测量了类时空间中子电磁形状因子，实验结果表明光子-中子相互作用强于光子-质子相互作用，与夸克模型理论预期不符。然而，由于中子难以探测，相关的实验测量比较匮乏，该问题长期以来未能解决。

研究团队通过能量扫描方法，利用北京谱仪BESIII实验在质心能量2.0-3.08 GeV的对撞数据，精确测量正负电子对湮没到中子-反中子对过程的产生截面及有效电磁形状因子。研究团队通过联合中子、反中子在各子探测器的信息，大大提高选择效率，总的统计量达到FENICE实验的60倍以上；通过修正中子、反中子的模拟信息以及中性过程的触发效率，降低实验的系统误差。从而获得目前最精确的中子电磁形状因子测量结果。

这项实验结果清楚地表明光子与质子耦合更强，解决了长期存在的光子-核子耦合问题。此外，研究团队在中子的电磁形状因子分布上观测到了周期性振荡的结构，其振荡频率与质子相同，相位接近正交。反常的正交振荡结构暗示着核子内部存在未理解的动力学机制，可能的解释包括末态散射效应以及共振结构干涉等。