跳到主要内容

主题

核物理

核物理

超对称经受住考验

01 Oct 1999

一个由国际核物理学家组成的团队已经找到了存在核超对称性的有力证据,核超对称性是将玻色子(具有自旋的整数值)和费米子与自旋的半整数值相关联的理论。来自德国,瑞士和美国的研究人员在瑞士的Paul Scherrer研究所,波恩大学和慕尼黑的路德维希·马克西米利安大学(A Metz)进行了一系列复杂的实验,获得了这些结果。 . 1999 物理莱特牧师. 83 1542)。这些发现是许多人为建立将各种核的性质联系起来的理论思想的有效性而进行的不懈努力的最终结果。这种关系来自于“supersymmetric”将玻色子转换为费米子的转换,反之亦然。

在量子水平上,玻色子和费米子的行为不同:玻色子善于交际,不反对共享相同的量子数;另一方面,费米子彼此避开是因为保利排斥原理禁止它们占据相同的量子态。

本世纪物理学的重大突破之一是发展了在平等的基础上对待玻色子和费米子的理论。因此,每个基本玻色子都有一个重得多的超对称伴侣,这是一个费米子,反之亦然。光子有一个叫做“photino”,例如,每个夸克都由一个对应的“squark”等等。尽管在世界范围内进行了专门搜索,但目前尚无超对称粒子的证据。’s高能粒子加速器。同时,这种超对称理论的圣杯是自然界所有力量的统一。

旨在用组成中子和质子来描述原子核的核物理学也有其超对称理论。其背后的数学理论与基本粒子物理学中的相同。尽管核超对称物理比高能物理更平凡,但另一方面,它已经受到直接实验验证。

In the standard portrayal of the nucleus, known as the nuclear shell model, the core of the atom is described in terms of a collection of interacting nucleons (i.e. neutrons and protons) all of which are fermions. Since tens, even hundreds of nucleons may be involved, this description can be complex and there is no exact solution that can account for all of the properties of such a nucleus. Fortunately, the nuclear interaction encourages identical nucleons to pair up (i.e. protons with protons and neutrons with neutrons) so that they behave like bosons that can then be treated as nuclear building blocks. The first model of the nucleus in terms of interacting bosons was proposed in 1975 by Akito Arima, then at the University of Tokyo (and now minister for education in Japan), and Francesco 伊切洛 from Yale University in the US.

In 1980 伊切洛 realized that 超对称 theory could also be applied to nuclei because of the simultaneous occurrence of fermions and bosons, albeit effective bosons made from pairs of fermions. In practice, a nucleus containing an even number of protons and neutrons (an even-even nucleus) could be linked to a nucleus comprising an even number of protons and an odd number of neutrons (even-odd) or one with an odd number of protons and an even number of neutrons (odd-even).

伊切洛’这项建议引发了疯狂的活动,因为世界各地的实验小组都试图验证先前被认为行为差异很大的核之间推测关系的有效性。和几对原子核–例如-190(偶数)和铱191(奇数),铂194(偶数)和铂195(奇数)– were indeed found to obey the relations proposed by 伊切洛. Later several experimental teams found more 超对称 pairs of nuclei, providing firm evidence for this aspect of nuclear supersymmetry. In all these examples, the nuclei in each pair differed from one another by either a single proton or a neutron. There was, however, one piece missing from this nuclear 超对称 jigsaw. It should be possible to further transform both an odd-even nucleus and an even-odd nucleus into one with odd numbers of both protons and neutrons.

1985年,弗拉基米尔·帕尔(Vladimir Paar)和前南斯拉夫萨格勒布大学的同事提出,奇数核可以用玻色子加一个中子和一个质子来描述。此后不久,扬·朱莉(Jan Jolie),克里斯·海德(Kris Heyde)和现任作者(当时在比利时根特大学)和国立大学的亚历杭德罗·弗兰克(Alejandro Frank)ó墨西哥的诺玛在核超对称计划的背景下解释了这一发现。我们建议原子核四重态的性质可以通过超对称性联系起来–耶鲁大学的Iachello和Baha Balantekin也得出了结论。尽管提出了理论形式主义“四重超对称”很优雅,没有足够的实验证据。特别是,在提议的四重奏的第四个奇数成员上缺少数据。多年来,有关这些奇数核的更多信息被收集,最著名的是法国奥赛核物理研究所的Michel Vergnes及其同事,但是总体上,关于四核核超对称性的证据仍然令人怀疑。

1991年,来自瑞士弗里堡大学的Jan Jolie设立了一个研究计划,以详细研究该问题。近年来,他领导了几个研究小组,并利用一系列不同的核反应精心绘制了196号金(奇数核)的能谱。可以通过对先前测得好的铂194和金195的能谱以及铂195的能谱进行超对称变换来预测其光谱,铂金195的能谱在此研究过程中已重新测量(见图)。

例如,在一项报告的实验中,金197原子核被极化的氘核,一个质子和一个中子的束缚态轰炸。特定的反应涉及氘核吸收中子,因此将目标原子核转变为金196的激发态。朱莉和他的同事测量了出射tri子(一个带有一个质子和两个中子的核)的能量和散射角,并研究了金196发射伽马射线时的衰变,以了解其激发态。研究人员还研究了其他反应,这些反应涉及弹丸和目标核在不同能量下的不同组合,以交叉检验结果。由于与早期实验相比,他们的伽马射线探测器提高了能量分辨率,该团队在196号黄金光谱中建立了几个新的能级。

现在,修改后的能谱与基于四重奏中其他三个原子核的能谱拟合的超对称预测相符,从而证明了这一理论。现在正在寻找更多的核四方例子,以尝试从核子-核子相互作用方面获得对核超对称性的微观理解。

相关事件

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者