美因茨約翰內斯古騰堡大學 PRISMA+ 卓越集群中的一個團隊成功計算了鈣元素的原子核在與電子碰撞時的行為。結果與可用的實驗數據非常吻合。第一次，基于基本理論的計算能夠正確描述像鈣一樣重的原子核的實驗。特別相關的是這種計算在未來解釋中微子實驗的潛力。著名期刊《物理評論快報》報道了其當前卷中所取得的里程碑。
新出版物源自卓越集群 PRISMA+ 理論核物理學教授 Sonia Bacca 教授與橡樹嶺國家實驗室合作領導的小組。Bacca 在預測原子核的各種特性方面取得了巨大成功，這些特性源自其成分之間的相互作用 - 核子 - 這可以在手性有效場理論中進行描述。她的研究旨在在實驗觀察和量子色動力學的基本理論之間建立牢固的聯系。在物理學中，這樣的過程被描述為 ab initio計算。
由外部場探測的原子核的橫截面，例如通過與電子或其他粒子的相互作用，也可以在同一理論中進行描述。這個程序是解釋現有數據和解釋未來實驗的關鍵，例如在中微子物理學中——PRISMA+ 研究計劃的一個重要焦點。
了解中微子
中微子是難以捉摸的粒子，它們不斷地穿透我們的地球，但很難被發現和理解。通過新計劃的實驗，例如美國的 DUNE 實驗，科學家們希望研究它們的基本特性，例如，一種類型的中微子轉變為另一種類型的現象——技術術語稱為中微子振蕩。為了實現這一目標，他們需要理論計算中的重要信息。具體來說，相關問題是：中微子如何與探測器中的原子核相互作用?
由于中微子在原子核上散射的實驗數據很少見，研究小組首先研究了另一種輕子——電子——的散射，其中有實驗數據可用。“可以這么說，鈣 40 是我們的測試系統，”美因茨的博士后、該研究的第一作者 Joanna Sobczyk 博士解釋說。“通過我們新的 ab initio 方法，我們能夠非常精確地計算電子散射會發生什么以及鈣原子核的行為。”
這是一個巨大的成功：到目前為止，不可能對由 40 個核子組成的鈣這樣重的元素進行這樣的計算。“我們很高興我們基本上成功地證明了我們的方法工作可靠，”Sonia Bacca 說。“現在一個新時代開始了，從頭算方法可以用來描述輕子——包括電子和中微子——在原子核上的散射，即使是 40 個核子。”
“我們的方法最好的特點之一是它允許我們嚴格量化與我們的計算相關的不確定性。不確定性量化非常耗時，但為了能夠適當地將理論與實驗進行比較非常重要，”博士評論道。 Bijaya Acharya，PRISMA+ 博士后，也是該研究的合著者。
在他們能夠展示他們的方法對鈣的潛力后，研究小組希望在未來研究氬元素及其與中微子的相互作用。氬氣將在計劃中的 DUNE 實驗中作為目標發揮重要作用。
