新技術探索中子、矽與第五種基本力細節

透過將中子束打進矽晶體中觀察，科學家能以一種新方式測量中子的電荷半徑，並對自然基本力假設中的第五力設下更明確探索範圍。

為了獲得晶體材料在原子尺度上的微觀特性，科學家會將一束粒子（如 X 射線、電子或中子）瞄準晶體，趁它穿過或彈離材料平面時檢測光束的角度、強度與圖案，而矽可以說是構建一切的通用基礎材料，可以幫助科學家理解測量精度受量子效應限制的性質。

中子則像所有量子物體一樣具有波粒二象性，當中子穿過晶體時，會在布拉格平面（Bragg planes）和頂部形成駐波（standing wave），當來自兩條路徑的波結合（干擾）時，它們會產生稱為 pendellösung 振盪的微弱模式，可深入了解中子在晶體內部所經歷的力。

現在，來自美國國家標準暨技術研究院（NIST）、日本與加拿大的研究團隊，在把中子束射進矽晶體的實驗中將矽晶體結構測量精確度提高了 4 倍，並以一種新方式測量中子電荷半徑。

中子是由 3 個誇克所組成的複合粒子，這些粒子具有不同電特性且分布不均勻，負電荷傾向位於中子外部，正電荷則位於中心，兩者之間的距離就是電荷半徑，只不過這個數字的測量結果差異非常大。

但在帶電環境中分析 pendellösung 振盪為電荷半徑提供了獨特測量方法，在那裡，因為電荷之間距離非常小，原子間電場相對大，此時中子表現得像一個球形複合顆粒，核心略帶正電，周圍殼則略帶負電。在實驗中，科學家發現之前過於低估振動幅度，中子幾乎完全與原子中心或原子核的質子、中子相互作用。

一些實驗和理論表明可能存在第五種基本作用力，研究人員正在計畫利用矽和鍺進行 pendellösung 測量，預計測量不確定性可降低 5 倍，產生迄今為止最精確的中子電荷半徑測量值，並進一步限制第五種力的強度。

新論文發表在《科學》（Science）期刊。