研究人員利用托馬斯·杰斐遜國家加速器裝置轟擊鉛核。圖片來源：DOE JEFFERSON LAB

　　關(guān)于鉛（Pb）你了解多少？近日，一項發(fā)表于《物理評論快報》的新研究發(fā)現(xiàn)，Pb原子核中子皮的厚度驚人，是物理學(xué)家預(yù)測的兩倍。這一結(jié)果表明中子星，即超新星爆炸后留下的超致密球體，可能比一般理論預(yù)測的更堅硬、體積更大。

　　原子核由質(zhì)子和中子組成，它們被強大的核力黏在一起，其外圍由一層純中子組成的皮包裹。

　　在托馬斯·杰斐遜國家加速器裝置進行Pb半徑實驗（PREX）的核物理學(xué)家，已經(jīng)測量出了這層中子皮的厚度。

　　實驗中，研究人員將大量電子從208Pb（Pb最常見的同位素，它有82個質(zhì)子和126個中子）的原子核上彈回。通過產(chǎn)生的電磁散射，其他物理學(xué)家先前測量了208Pb核中質(zhì)子的分布，發(fā)現(xiàn)它的半徑延伸到5.50費米（1費米等于百萬分之一納米）。

　　為了探測中子，物理學(xué)家利用了電子可在微弱的核力下與質(zhì)子和中子相互作用的性質(zhì)。這種微弱核力的強度取決于入射的電子是向右旋轉(zhuǎn)還是向左旋轉(zhuǎn)。研究人員向Pb原子核發(fā)射一束電子，幾乎所有電子都以相同的方式旋轉(zhuǎn)，研究人員測量了它們以特定角度偏轉(zhuǎn)的概率，然后翻轉(zhuǎn)電子，使其向相反方向旋轉(zhuǎn)，并尋找兩者的差異。這種微小的不對稱性可以表明微弱核力的作用，其大小可以揭示中子的空間分布。

　　研究人員觀察到的不對稱性表明Pb原子核的中子皮厚度為0.28費米（誤差約為0.07費米）。這一測量結(jié)果與PREX團隊在2012年報告的結(jié)果非常吻合，但新數(shù)據(jù)將不確定性降低了一半。

　　這迫使物理學(xué)家開始審視基于此的一些假設(shè)，比如中子星的大小。

　　佛羅里達州立大學(xué)核理論學(xué)家Jorge Piekarewicz解釋說，盡管原子核的密度比中子星低，但前者可用以對后者進行推斷。更厚的中子皮意味著中子星的可壓縮性比許多理論預(yù)測的要小，那么中子星體積可能比預(yù)測的要大。

　　在近日發(fā)表于《物理評論快報》的另一篇論文中，Piekarewicz及同事計算出，PREX的研究結(jié)果意味著一顆質(zhì)量為太陽1.4倍的普通中子星的半徑為13.25~14.25公里。而此前大多數(shù)理論得出的估計值約為10公里。

　　但也有學(xué)者對上述發(fā)現(xiàn)持懷疑態(tài)度。密歇根州立大學(xué)核理論學(xué)家Witold Nazarewicz表示，研究小組只測量了電子散射的不對稱性，將不對稱性轉(zhuǎn)化為中子皮厚度的理論也存在不確定性。“研究小組獲得的不對稱性數(shù)值也可能與Pb原子核其他性質(zhì)的測量結(jié)果沖突。”

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.172503