ISOLDE裝置用于研究鋁的奇特核心。圖片來源：CERN

歐洲核子研究中心（CERN）和芬蘭于韋斯屈萊加速器實(shí)驗(yàn)室（Accelerator Laboratory）的實(shí)驗(yàn)表明，一種奇特的鋁核的半徑為26mAl，比以前認(rèn)為的要大得多。這一結(jié)果在剛剛發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上的一篇論文中進(jìn)行了描述，揭示了弱力對夸克的影響，夸克是構(gòu)成質(zhì)子、中子和其他復(fù)合粒子的基本粒子。

在已知的四種自然基本力——電磁力、強(qiáng)力、弱力和重力——中，弱力可以有一定的概率改變夸克的“味道”。粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型描述了所有粒子及其之間的相互作用，它沒有預(yù)測這個(gè)概率的值，但是，對于給定的夸克風(fēng)格，它確實(shí)預(yù)測所有可能概率的總和正好是1。因此，概率和提供了一種測試標(biāo)準(zhǔn)模型和搜索新物理場的方法：如果發(fā)現(xiàn)概率和與 1 不同，則意味著標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理場。

有趣的是，涉及上夸克的概率和目前與預(yù)期的單位明顯緊張，盡管緊張的強(qiáng)度取決于潛在的理論計(jì)算。這個(gè)總和包括下夸克、奇異夸克和底夸克轉(zhuǎn)化為上夸克的各自概率。

這些概率中的第一個(gè)表現(xiàn)在原子核的β衰變中，其中中子（由一個(gè)上夸克和兩個(gè)下夸克組成）變成質(zhì)子（由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成），反之亦然。然而，由于發(fā)生β衰變的原子核結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此通常無法準(zhǔn)確確定這種概率。

因此，研究人員轉(zhuǎn)向?qū)私Y(jié)構(gòu)影響不太敏感的β衰變子集來確定概率。在表征這種“超允許”β衰變所需的幾個(gè)量中，衰變原子核的（電荷）半徑。

這就是26mAl原子核半徑的新結(jié)果，它經(jīng)歷了超允許的β衰變。該結(jié)果是通過測量 26mAl 原子核子核子核子在 CERN 的 ISOLDE 設(shè)施和加速器實(shí)驗(yàn)室的 IGISOL 設(shè)施進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中對激光的響應(yīng)而獲得的。新的半徑是ISOLDE和IGISOL數(shù)據(jù)集的加權(quán)平均值，比預(yù)測的要大得多，其結(jié)果是涉及上夸克的概率總和中當(dāng)前表觀張力的減弱。

“以前已經(jīng)在ISOLDE和其他設(shè)施中測量了經(jīng)歷超容許β衰變的其他原子核的電荷半徑，并且正在努力確定IGISOL的54Co半徑，”ISOLDE物理學(xué)家和該論文的主要作者Peter Plattner解釋說。“但26mAl是一個(gè)相當(dāng)獨(dú)特的情況，因?yàn)樗沁@種原子核中最精確的研究，但直到現(xiàn)在，它的半徑仍然未知，而且，事實(shí)證明，它比計(jì)算下夸克轉(zhuǎn)化為上夸克的概率時(shí)假設(shè)的要大得多。

“在標(biāo)準(zhǔn)模型之外尋找新的物理學(xué)，包括那些基于夸克改變味道的概率的物理學(xué)，通常是一個(gè)高精度的游戲，”CERN理論家Andreas Juttner說。“這一結(jié)果強(qiáng)調(diào)了以各種可能的方式仔細(xì)檢查所有相關(guān)實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果的重要性。