原子核是一個復(fù)雜而迷人的領(lǐng)域，由基本力之間的錯綜復(fù)雜相互作用所控制。β衰變是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子、電子和反中微子的過程，它為我們提供了一扇了解亞原子世界的窗口。幾十年來，科學(xué)家們一直在仔細研究β衰變，最近一項發(fā)表《物理評論快報》上的論文涉及同位素硼-8的β衰變，它為我們提供了弱核力的新見解。

在深入了解這項研究之前，復(fù)習(xí)下已建立的β衰變理論至關(guān)重要。粒子物理學(xué)的標準模型是目前亞原子相互作用的主流框架，它表明β衰變是由弱核力介導(dǎo)的。這種力控制著基本粒子之間的轉(zhuǎn)換，在β衰變中，它特別喜歡與左手性粒子相互作用。這種手性偏見被V-A理論所捕捉，這是標準模型對β衰變解釋的核心。

新研究的核心在于角相關(guān)性的概念。在β衰變中，發(fā)射的電子和反中微子并非隨機釋放。它們的發(fā)射方向表現(xiàn)出相關(guān)性，這意味著它們以特定角度相對于彼此的概率是不均勻的。通過仔細測量這些角分布，科學(xué)家可以深入了解弱核力和β衰變過程中涉及的特定電流。

該研究采用了一種巧妙的策略，利用“鏡像核”鋰-8。鏡像核是一對核，其中一個核中的質(zhì)子數(shù)等于另一個核中的中子數(shù)，反之亦然。在這種情況下，硼-8有五個質(zhì)子和三個中子，而它的鏡像核鋰-8有三個質(zhì)子和五個中子。它的美妙之處在于，控制原子核內(nèi)質(zhì)子和中子相互作用的強核力，在鏡像核之間幾乎完全抵消了。這使得科學(xué)家們能夠非常清晰地分離出弱核力對衰變的貢獻。

研究小組使用了一種名為β衰變保羅阱的精密儀器。這種專門的裝置將帶電粒子限制在一個精確控制的電場和磁場中。通過仔細跟蹤這些粒子的軌跡，研究人員能夠以前所未有的精度測量發(fā)射的電子與重建的反中微子方向之間的角相關(guān)性。

從硼-8衰變測量中獲得的結(jié)果與標準模型的V-A理論預(yù)測非常吻合。這表明β衰變中弱核力的左手性在標準模型中仍然得到堅定支持。此外，實驗對可能偏離V-A結(jié)構(gòu)的假設(shè)“奇異電流”的存在施加了嚴格的限制。這些奇異電流如果存在，可能意味著超出標準模型的物理學(xué)，暗示著尚未發(fā)現(xiàn)的新力或粒子。(www.ws46.cOm)

這項研究還與團隊之前關(guān)于鋰-8 β衰變的研究的協(xié)同作用，通過結(jié)合來自這兩個研究的結(jié)果，科學(xué)家們能夠顯著縮小對奇異電流的限制。這為使用鏡像核進行未來的研究鋪平了道路，以尋找更細微的偏離標準模型的預(yù)測。

對硼-8 β衰變中的角相關(guān)性的研究，代表著我們對這一基本過程理解的重大飛躍。它不僅驗證了標準模型對β衰變的描述，而且為探索潛在的偏差開辟了新的途徑，這些偏差可能暗示了我們目前知識之外的物理學(xué)。