环状质子提供新的洞察力 揭开早期宇宙的神秘面纱

环状质子提供新的洞察力揭开早期宇宙的神秘面纱最近在美国能源部托马斯-杰斐逊国家加速器设施进行的一项实验深入研究了质子和中子共振的三维结构。这项研究为宇宙大爆炸后混沌初开的宇宙图景提供了又一块拼图。研究核子的基本特性和行为为我们了解物质的基本组成单元提供了重要线索。核子是构成原子核的质子和中子。每个核子由三个夸克组成，在强相互作用--自然界中最强的力--的作用下被胶子紧紧地结合在一起。核子最稳定、能量最低的状态称为基态。但是，当核子被强行激发到高能状态时，它的夸克会相互旋转和振动，表现出所谓的核子共振。来自德国吉森JustusLiebig大学（JLU）和康涅狄格大学的一组物理学家领导了CLAS合作项目，开展了一项探索这些核子共振的实验。实验在杰斐逊实验室世界一流的连续电子束加速器设备（CEBAF）上进行。CEBAF是能源部科学办公室的用户设施，为全球1800多名核物理学家的研究提供支持。研究成果最近发表在著名的同行评审期刊《物理评论快报》上。分析小组负责人斯特凡-迪尔（StefanDiehl）说，该小组的工作揭示了核子共振的基本特性。Diehl是吉森联合大学第二物理研究所的博士后研究员和项目负责人，同时也是康涅狄格大学的研究教授。这项工作还激发了对共振质子三维结构和激发过程的新研究。Diehl说："这是我们第一次进行对这种激发态的三维特征敏感的测量和观测。从原理上讲，这仅仅是个开始，这种测量正在开辟一个新的研究领域。"该实验于2018-2019年在实验大厅B进行，使用的是杰斐逊实验室的CLAS12探测器。一束高能电子束被送入冷却氢气室。电子撞击目标的质子，激发其中的夸克，并结合夸克-反夸克态（即所谓的介子）产生核子共振。这种激发稍纵即逝，但它们会以新粒子的形式留下存在的证据，这些新粒子是由受激粒子的能量裂变而成的。这些新粒子的寿命足以让探测器捕捉到它们，因此研究小组可以重建共振。Diehl等人最近在意大利特伦托举行的"用过渡GPD探索共振结构"联合研讨会上讨论了他们的研究成果。这项研究已经激励两个理论小组发表了相关论文。研究小组还计划在杰斐逊实验室利用不同的目标和极化进行更多的实验。通过极化质子的电子散射，他们可以获得散射过程的不同特征。此外，对类似过程的研究，如结合高能光子产生共振，也能提供更多重要信息。Diehl说，通过这些实验，物理学家可以弄清宇宙大爆炸后早期宇宙的特性："一开始，早期宇宙只有一些由夸克和胶子组成的等离子体，由于能量太高，这些等离子体都在旋转。然后，在某个时刻，物质开始形成，最先形成的是激发核子态。当宇宙进一步膨胀时，它冷却下来，基态核子显现出来。""通过这些研究，我们可以了解这些共振的特征。这将告诉我们宇宙中物质是如何形成的，以及为什么宇宙以现在的形式存在。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390077.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390077.htm

Chi-Nu实验的最终启示：核安全与反应堆设计的开创性数据

Chi-Nu实验的最终启示：核安全与反应堆设计的开创性数据海梅-戈麦斯（JaimeGomez）（左）和基根-凯利（KeeganKelly）正在安装Chi-Nu实验，校准探测器的距离，并为裂变计数目标（中）安装气体管道。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室洛斯阿拉莫斯国家实验室物理学家基根-凯利（KeeganKelly）说："核裂变和相关的核连锁反应在80多年前才被发现，实验人员仍在努力提供主要锕系元素裂变过程的全貌。在整个项目过程中，我们观察到了裂变过程的明显特征，而在许多情况下，这些特征在以前的任何实验中都从未被观察到过"。洛斯阿拉莫斯团队对同位素铀-238的最后一项Chi-Nu研究最近发表在《物理评论C》杂志上。该实验测量了铀-238的瞬时裂变中子谱：诱发裂变的中子的能量--撞入原子核并使其分裂的中子--以及由此释放出的中子潜在的广泛能量分布（谱）。Chi-Nu实验的重点是"快速中子诱发"裂变，入射中子的能量高达数百万电子伏特，在这方面的测量通常很少。物理学家基根-凯利（KeeganKelly）为Chi-Nu实验安装了一个裂变计数靶，其中含有约100毫克的相关锕系元素。该装置包括54个液体闪烁中子探测器和22个锂玻璃探测器，用于测量不同能量范围的中子。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室裂变相关工作的重要数据与对铀-235和钚-239进行的类似测量一样，Chi-Nu实验的结果现在在许多情况下是指导现代评估瞬时裂变中子谱的主要实验数据来源。这些数据为核模型、蒙特卡罗计算、反应堆性能计算等提供了依据。锕系元素及其可能发生的链式反应对核武器和能源反应堆非常重要。(锕系元素是指原子序数从89到103的15种元素，它们都具有放射性。）当一个原子核发生裂变或分裂时，会释放出几个中子，有可能引起邻近原子核的裂变，从而产生链式反应。链式反应中发生后续反应的概率取决于裂变中子的能量。LANSCE的实验过程Chi-Nu实验在洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE）的武器中子研究设施中进行，它依赖于测试多个能量范围的精密仪器。LANSCE质子束击中钨靶，产生的中子沿着飞行路径飞向Chi-Nu设备。当这些中子击中铀-238同位素时，就会发生裂变事件，即铀-238核分裂，并被记录下来。然后，根据实验的能量范围，在液体闪烁体或锂玻璃探测器阵列中测量裂变事件发射出的中子，这两种探测器都会记录中子在探测器内引起的闪光。未来的应用研究人员继续勾勒锕系同位素的全貌。在核临界与安全计划资助的相邻工作中，Chi-Nu实验小组目前正在收集和分析有关钚240和铀233的数据。随着实验科学办公室测量工作的结束，该团队正寻求将裂变中子测量所获得的技能和方法应用于一系列其他同位素的测量。他们还在努力转向测量中子散射反应发射的中子。在这些反应中，中子穿过材料，同时沉积能量。在测量发射的中子和伽马射线能量和角光谱的同时，还要测量反应发生的概率，通常称为中子散射截面。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387455.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387455.htm

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱石川说："我们的研究成果对于理解一些最基本的物质粒子的量子力学相互作用非常重要。它们还可能有助于揭示太阳和其他恒星中目前鲜为人知的现象的细节"。中微子是最神秘的基本物质粒子之一。由于中微子几乎不与其他粒子发生任何相互作用，因此极难对其进行研究。它们呈电中性，几乎没有质量。然而，它们的数量却非常丰富，大量的中微子不断从太阳中流出，穿过地球，甚至穿过我们自己，却几乎没有任何影响。了解更多有关中微子的信息，对于检验和完善我们目前对粒子物理学（即标准模型）的理解非常重要。日全食，日冕清晰可见。"在正常的'经典'条件下，中微子不会与光子发生相互作用，"石川解释说，"然而，我们已经揭示了中微子和光子如何能够在极大规模的均匀磁场中发生相互作用--大到103千米--这种磁场出现在恒星周围被称为等离子体的物质形态中。等离子体是一种电离气体，这意味着它的所有原子都获得了或多或少的电子，使它们成为带负电或正电的离子，而不是地球上日常条件下可能出现的中性原子。"弱电霍尔效应及其影响研究人员所描述的相互作用涉及到一种名为"电弱霍尔效应"的理论现象。这是电与磁在极端条件下的相互作用，自然界的两种基本力--电磁力和弱作用力--在此融合为弱电。这是一个理论概念，预计只适用于早期宇宙的极高能条件或粒子加速器的碰撞中。研究得出了这种意想不到的中微子-光子相互作用的数学描述，即拉格朗日。它描述了有关该系统能量状态的所有已知信息。石川健三，该研究的第一作者和通讯作者。图片来源：SohailKeeganPinto石川说："除了有助于我们理解基础物理学之外，我们的研究还可能有助于解释日冕加热之谜。这是一个由来已久的谜团，它涉及太阳最外层大气--日冕--的温度远高于太阳表面温度的机制。我们的工作表明，中微子和光子之间的相互作用释放出能量，使日冕升温"。石川在总结发言中表达了他们团队的愿望："我们现在希望继续我们的工作，寻找更深入的见解，特别是在这些极端条件下中微子和光子之间的能量转移"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383901.htm

科学家对质子的康普顿散射进行新的测量

科学家对质子的康普顿散射进行新的测量质子是一种位于原子核中的带有正电荷的核粒子。它是一个由夸克和胶子的基本构件组成的复合粒子。这些组成部分及其相互作用决定了质子的结构，包括其电荷和电流。当暴露在外部电场和磁场中时，这种结构会发生变形，这种现象被称为极化率。电磁极化率是对电磁场引起的变形的刚性的测量。通过测量电磁偏振率，研究人员可以了解到质子的内部结构。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1329173.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1329173.htm

科学家为DUNE中微子实验在地下深处挖掘巨型洞穴

科学家为DUNE中微子实验在地下深处挖掘巨型洞穴建筑工人为费米实验室（Fermilab）主持的"深层地下中微子实验"的巨型粒子探测器模块建造了两个巨大的洞穴，每个洞穴长500多英尺，高约七层楼。第三个洞穴将为探测器的运行提供公用设施。资料来源：马修-卡普斯特，桑福德地下研究设施在美国能源部费米国家加速器实验室的主持下，DUNE的科学家们将研究被称为中微子的神秘粒子的行为，以解决有关我们宇宙的一些最大的问题。为什么我们的宇宙由物质组成？爆炸的恒星是如何产生黑洞的？中微子是否与暗物质或其他未被发现的粒子有关？岩洞为四个大型中微子探测器提供了空间-每个探测器的大小与一座七层楼高的建筑差不多（见下面2分钟的动画）。这些探测器将充满液态氩，记录中微子与透明液体之间的罕见相互作用。DUNE将帮助人们更清晰地了解宇宙及其运作方式。DUNE的科学家将追求三大科学目标：找出中微子是否可能是宇宙由物质构成的原因；寻找有助于实现爱因斯坦力的统一梦想的亚原子现象；观察从爆炸的恒星中出现的中微子，也许会见证中子星或黑洞的诞生。每秒钟都有数万亿的中微子在我们体内穿行，而我们却浑然不知。通过DUNE，科学家们将寻找来自恒星爆炸的中微子，并检查位于芝加哥附近、地下洞穴以东约800英里的费米实验室产生的中微子束的行为。这束由世界上强度最大的中微子源产生的中微子将直接穿过地球和岩石，从费米实验室到达位于南达科他州的DUNE探测器。中微子的路径不需要任何隧道。美国项目总监克里斯-莫西（ChrisMossey）说："完成这些巨大岩洞的挖掘是这个项目的一项重大成就。完成这一步骤为今年晚些时候开始安装探测器做好了准备，使我们朝着实现将这一世界级地下设施变为现实的愿景又迈进了一步"。一台输送机将近80万吨从地下一英里处挖掘出的岩石送入南达科他州利德的露天采矿场。资料来源：斯蒂芬-肯尼，桑福德地下研究机构自2021年以来，工程、施工和挖掘团队一直在桑福德地下研究设施（DUNE南达科他州部分的所在地）地表以下4,850英尺处工作。施工人员拆卸了重型采矿设备，并利用现有的竖井将其逐件运到地下。在地下，工人们重新组装设备，并花了近两年的时间爆破和清除岩石。近80万吨岩石被挖掘出来，并从地下运到地面上被称为"露天采矿场"的广阔的前采矿区。工人们将很快开始为岩洞安装DUNE探测器和研究设施日常运行所需的系统。今年晚些时候，项目团队计划开始安装保温钢结构，以容纳第一个中微子探测器。目标是在2028年底之前让第一个探测器投入使用。鸟瞰南达科他州的一个大型岩洞，大约有七层楼那么高。地下深层中微子实验（DeepUndergroundNeutrinoExperiment）的大型粒子探测器将放置在这里，以研究中微子的行为。DUNE探测器有望成为世界上最大的地下低温系统。资料来源：马修-卡普斯特，桑福德地下研究设施"三个大型岩洞和所有相互连接的掘进巷道的完工标志着一次真正意义上的大型挖掘工作的结束。挖掘承包商保持了堪称典范的安全记录，工作时间超过一百万小时，没有发生一起误工事故。"费米实验室的迈克尔-杰梅里（MichaelGemelli）说："这在重型建筑行业是一项重大成就。"该项目这一阶段的成功要归功于挖掘工人安全、专注的工作，以及项目工程师和支持人员的多学科背景。对于这个国际项目来说，这是一个了不起的成就和里程碑"。DUNE的科学家们迫不及待地开始安装粒子探测器。由来自36个国家200多个机构的1400多名科学家和工程师组成的DUNE合作小组已经成功地测试了第一个探测器的技术和组装过程。其组件的批量生产已经开始。目前正在欧洲核子研究中心（CERN）实验室利用粒子束对两个探测器的基础技术进行测试。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416639.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416639.htm

科学家利用新一代中子反射镜揭开物质的内在秘密

科学家利用新一代中子反射镜揭开物质的内在秘密林雪平大学薄膜物理学部研究员FredrikEriksson说："与其提高中子源的功率（这是非常昂贵的），不如专注于改进光学技术。"中子与质子一起构成原子核。根据原子核中中子数量的不同，元素的性质也会不同。此外，中子还可用于对不同材料进行非常细致的分析。这种方法称为中子散射。这种测量在被称为中子源的特殊中子研究实验室进行。欧洲中子源（ESS）就是这样一个实验室，目前正在隆德郊外建造。该项目投资20亿欧元。ESS和其他中子源可以比作先进的显微镜，让科学家能够研究各种材料及其特性，直至原子级别。从研究原子结构、材料动力学、磁性到蛋白质功能，它们被广泛应用于各种领域。中子从原子核中释放出来需要巨大的能量。当中子在中子源中释放出来时，它们必须被捕获并被引向目标，也就是要研究的材料。特殊的反射镜用于引导和偏振中子。这些被称为中子光学。尽管ESS将拥有世界上最强大的中子源，但实验中可用的中子数量有限。为了增加到达仪器的中子数量，需要改进偏振光学。林雪平大学的研究人员通过在几个重要点上改进中子光学技术来提高效率，现在已经实现了这一目标。林雪平大学博士生AntonZubayer观察磁控溅射过程。图片来源：OlovPlanthaber"我们的镜子具有更好的反射率，从而增加了到达目标的中子数量。"物理、化学和生物系博士生兼《科学进展》（ScienceAdvances）上发表的这篇文章的第一作者安东-祖拜尔（AntonZubayer）说："镜子还能更好地将中子极化为相同的自旋，这对极化实验非常重要。"他继续说道："同时，由于不再需要大型磁铁，镜子可以放置在离样品或其他敏感设备更近的地方，而不会影响样品本身，这反过来又使新型实验成为可能。此外，我们还减少了漫散射，这意味着我们可以降低测量中的背景噪音。"技术创新与未来展望反射镜是在硅衬底上制造的。通过一种称为磁控溅射的工艺，可以在基片上镀上选定的元素。这种工艺可以在基板上镀上多层薄膜，即多层膜。在这种情况下，可以使用铁和硅薄膜，并与同位素富集的碳化硼混合。如果各层的厚度与中子波长的数量级相同，并且各层之间的界面非常光滑，那么中子就能以相位相交的方式从镜面射出，从而产生高反射率。林雪平大学物理、化学和生物系副教授FredrikEriksson和博士生AntonZubayer。图片来源：OlovPlanthaber弗雷德里克-埃里克森认为，每一个中子都是宝贵的，中子光学效率的每一点提高都对改进实验非常有价值："通过增加中子的数量和反映更高的中子能量，为包括物理学、化学、生物学和医学在内的各个学科的开拓性实验和突破性发现提供了机会。"事实中子分析利用了中子既能像波又能像粒子的特性。反过来，这些中子可以具有两种不同的自旋。能够使用极化中子（即只有一种特定自旋的中子）主要对磁性研究非常重要。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425487.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425487.htm