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        由美因茨约翰内斯古腾堡大学 （JGU） 物理研究所的 Randolf Pohl 教授领导的研究团队在确定原子核的基本性质方面取得了重大突破。 该团队首次在瑞士的 Paul Scherrer 研究所对 μ 子氦-3 进行了激光光谱实验。 氦-3 是氦的一种特殊形式，其中原子的两个电子被一个重得多的氦子取代。 昨天，结果已发表在《科学》杂志上。

         “我们对氦子氦-3 的实验为这个原子核的电荷半径提供了迄今为止最准确的值，”Randolf Pohl 说，他也是 JGU PRISMA 卓越集群的成员。 “这主要是因为重μ子的轨道比常规原子中的电子更靠近原子核，这使得它对原子核的大小和结构更加敏感。” 氦原子核总是由两个质子组成 -- 这就是将它们定义为 Helium。 不同的同位素通过原子核中的中子数量来区分：氦-3 包含一个中子和两个质子，而较重的氦-4 包含两个中子。 几年前，Pohl 教授的团队已经使用激光光谱和 μ 子成功测量了氦 4。

         测量证实了理论模型

         传统上，核半径是使用粒子加速器确定的，例如 JGU 的 MAMI 或未来的 MESA。然而，从氦气测量中获得的新值要精确 15 倍，达到 1.97007 ± 0.00097 飞米。 电子激光光谱法以前已成功应用于最轻的原子核，例如氢和氘。 对于氦，也存在高精度的测量，但氦原子中存在两个电子使理论计算更加复杂，从而无法准确确定由此产生的核半径仅测量。 尽管如此，已经有可能确定各种氦同位素（质子数相同但中子数不同的原子核）之间的电荷半径差异。 μ 子氦测量的新结果与阿姆斯特丹的一个研究小组最近进行的常规氦实验非常吻合，该实验昨天也发表在《科学》杂志上。

         “结合我们早期发表在《自然》杂志上的渺子氦-4 研究结果，我们现在能够精确确定氦 3 和氦 4 之间的电荷半径差异——这是一项重要的进步，“Pohl 说。

         PRISMA 卓越集群中理论与实验之间的密切互动

         美因茨和阿姆斯特丹团队进行的测量之间的高度一致证实了关于最轻原子核核核物理学的现有知识。 这些知识部分基于核能的关键理论计算结构，也在 PRISMA 卓越集群内进行。

         教授 Sonia Bacca 的团队计算了渺子对氦原子核结构的影响，而 Marc Vanderhaeghen 教授和 Dr. Franziska Hagelstein 探索了质子和中子的作用。 这些理论基础使得从精确的实验数据中提取有关原子核的可靠信息成为可能。

         “准确了解核装药半径对于确定基本物理常数，例如 Rydberg 常数，“Pohl 解释说。 “这对于寻找新的物理学（标准模型中尚未包含的粒子和力）也至关重要。 以前在这一领域缺乏精确的数据，这带来了很大的不确定性。

         计划对额外原子核进行精确测量

         展望未来，美因茨的实验和理论物理学家团队计划将他们的方法应用于其他原子核 -- 从锂到氖 -- 与基于粒子加速器的方法相比，精度提高了十倍。 他们将使用创新的 X 射线探测器，而不是激光。 这项工作与 Pohl 小组领导的先前实验一样，得到了德国研究基金会 （DFG） 的支持，作为 JGU 1660 合作研究中心的一部分。