当质子和中子（核子）结合成原子核时，它们距离足够近，足以感受到显着的吸引力或排斥力。 它们内部的强烈相互作用导致核子之间发生剧烈碰撞。
在通过新技术研究轻核中的这些高能碰撞时，物理学家发现了一些令人惊讶的事情：质子与其他质子碰撞，中子与其他中子碰撞。 中子 比预期更频繁。
在早期的研究中，科学家们检查了少量原子核中的高能双核子碰撞，范围从铅（12 个核子）到碳（12 个核子）（有 208 个）。 一致的研究结果表明，质子-中子碰撞占所有碰撞的95%以上，质子-质子和中子-中子碰撞占剩余的5%。
在一项新实验中，物理学家研究了两个“镜像核”与每个三个核子的碰撞。 他们发现质子-质子和中子-中子碰撞所占的比例要大得多——大约为 20%。
一个国际团队发现了科学家，其中包括来自 能源部劳伦斯伯克利国家实验室 （伯克利实验室）。 在这项研究中，他们使用了弗吉尼亚州能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施（杰斐逊实验室）的连续电子束加速器设施。
在大多数原子核中，核子生命中约 20% 的时间处于因两个核子碰撞而产生的高动量激发态。 研究这些碰撞需要用高能电子束撞击原子核。 然后，通过测量散射电子的能量和反冲角，科学家推断出它撞击的核子一定是在移动的。
伯克利实验室科学家约翰·阿灵顿是此次合作的四位发言人之一，他说： “这使他们能够找出电子从最近与另一个核子碰撞的高动量质子散射的事件。”
这些电子-质子碰撞具有足够能量的入射电子，可以完全消除激发态 质子 来自细胞核。 第二个核子也逃离了原子核，因为这破坏了通常将令人兴奋的核子对固定在适当位置的橡皮筋状相互作用。
先前对双体碰撞的研究集中在观察到反弹电子和两个被驱逐核子的散射事件。 通过标记所有粒子，他们可以确定质子-质子对的相对数量， 质子-中子 对。 然而，由于这些“三重巧合”事件极其罕见，因此分析时需要仔细考虑核子之间可能影响计数的任何其他相互作用。
镜核提高精度
在这项新研究中，物理学家展示了一种无需检测喷射核子即可确定质子-质子和质子-中子对相对数量的方法。 测量两个具有相同数量核子的“镜像核”的散射——氚，一种具有一个质子和两个中子的稀有氢同位素，以及 氦3，它有两个质子和一个中子——这就是诀窍。 Hel-3 看起来就像质子和中子交换的氚，这种对称性使物理学家能够通过比较两个数据集来区分涉及质子和中子的碰撞。
物理学家在计划开发用于电子散射实验的氚气室后开始研究镜核。 这是几十年来首次使用这种稀有且不稳定的同位素。
通过这次实验，科学家们收集了比之前实验更多的数据。 因此，他们可以将之前测量的精度提高十倍。
他们没有理由预期两个核子碰撞在氚和氦 3 中的作用与在较重原子核中的作用不同，因此结果相当令人惊讶。
阿灵顿 说过, “它的透明氦 3 与测量到的少数重核不同。 我们希望推动对其他轻核进行更精确的测量，以得出明确的答案。”
杂志参考：
- Li, S.、Cruz-Torres, R.、Santiesteban, N. 等人。 揭示镜核 3H 和 3He 的短程结构。 自然 609, 41–45 (2022)。 DOI： 10.1038/s41586-022-05007-2
