重新測量一個對基礎物理學非常重要的常數

1.

宇宙的一些基本性質可以由一些物理學常數來定義，例如光速、電子電荷、電子質量，或者是定義了自然力強度的耦合常數等等，沒有人能解釋為什麼這些常數就恰好等於這些數值。最近，來自德國、奧地利和法國的物理學家，以前所未有的精度，對一個至關重要的物理學常數進行了重新測量，它就是被稱為「弱軸向矢量耦合常數」的一個常數，縮寫為g_A。

這是一個與基礎物理學研究息息相關的物理學常數，它對解釋太陽核聚變，研究大爆炸不久之後元素的形成，或理解粒子物理學中的重要實驗都是不可或缺的。在精密的中子實驗的幫助下，物理學家現在已經將耦合常數g_A的值的精確度確定到0.04%，這一精度是史無前例的，他們將新的結果發表在了近期的《物理評論快報》上。

2.

我們知道，宇宙中存在四種基本力：電磁力、強核力、弱核力，以及引力。若要計算這些力，就必須知道那些能確定它們強度的參數，這對於弱相互作用來說是個尤其複雜的問題。弱相互作用在某些粒子轉化為其他粒子時起著至關重要的作用，比如當兩個質子在太陽中合併成一個原子核，其中一個變成中子時。要分析這一過程，就必須知道「弱軸矢量耦合常數」g_A。

到目前為止，物理學家已經多次嘗試過對g_A進行測量，但是其中一些還需要系統的修正。一些重大的干擾因素甚至能對結果的數值產生高達30%的影響。

20世紀80年代，物理學教授Dirk Dubbers在海德堡提出了一種名為「PERKEO」的測量原理。研究人員對這一測量方法進行了顯著的改良，創造出了PERKEO 3，從而成功地以遠遠超過了以前的所有實驗的精確度對這一常數進行了新的測量。

在實驗中，他們用PERKEO探測器分析了中子的衰變。中子會衰變為質子並釋放出中微子和電子，這個電子發射過程並不是完全對稱的，向其中一邊發射的電子總是比另一邊多，這種不對稱取決於中子的自旋方向。PERKEO探測器會利用強磁場來收集這些電子，然後對它們進行計數。通過得出不對稱的強度，也就是在兩個不同方向上的電子數差異，就能直接推導出耦合常數g_A的值。

3.

知道耦合常數g_A的精確數值對於現代物理學的許多領域來說都是有著非常重大的意義：大約在大爆炸的一秒之後，「原始核合成」過程開始形成第一批元素。那時的元素比例很大程度上取決於g_A。最初幾秒鐘的核合成決定了今天宇宙中的化學成分。另外，這一耦合常數也與暗物質和普通物質的關係有關。不僅如此，若想要提高一些大規模實驗的準確度，比如歐洲核子研究中心（CERN）的粒子對撞實驗，就必須擁有更高精確度的g_A。

原文鏈接：

[1] https://www.tuwien.at/en/tu-wien/news/news-articles/news/measuring-the-laws-of-nature/

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