中子和質子統稱為核子，它們是構成可見物質世界的主要成分。迄今為止核子的內部結構仍有許多未解之謎。其中之一，即長達二十余年的光子-核子相互作用之謎。1998年FENICE實驗首次測量了中子的類時電磁形狀因子，實驗結果表明光子-中子相互作用強于光子-質子相互作用，與夸克模型預期不符。解決上述謎題需精確測量核子的電磁形狀因子，它是物理學家用來描述核子內部結構，特別是電密度或磁密度分布的一類基礎觀測量。然而，相關實驗測量一直比較匱乏，原因在于電中性的中子在探測器中難以探測。
BESIII合作組通過能量掃描方法，在能量區間(質心能量2.0 – 3.08GeV)研究了正負電子對湮滅到中子-反中子對過程。實驗團隊綜合運用中子、反中子在不同子探測器中的信息來有效提高信噪比;還利用100億J/ψ數據對中子、反中子在探測器中的探測效率、觸發效率做精確校準。從而，獲得了目前為止中子電磁形狀因子最精確的測量結果，與FENICE實驗結果相比，平均測量精度提高了約30倍。結合BESIII合作組先前獲得的質子研究結果，得到了光子-質子(中子)相互作用截面之比，如圖1所示。該結果清楚地表明光子與質子耦合更強。
實驗團隊還觀測到了中子電磁形狀因子分布中的一個周期性振蕩結構，如圖2所示。該振蕩分析受另一項基于BaBar實驗結果的研究所啟發。不同之處在于，質子的電磁形狀因子圍繞修改的偶極分布振蕩，而中子的則圍繞偶極分布振蕩。如果假設振蕩頻率相同，振蕩相位接近正交。該振蕩結構揭示了核子內部存在未理解的動力學機制，可能的解釋包括末態散射效應以及與共振態的干涉等。上述結果是理解核子電磁形狀因子的新里程碑。
文章信息：The BESIII Collaboration. Oscillating features in the electromagnetic structure of the neutron. Nat. Phys. 17, 1200–1204 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-021-01345-6
新聞評論： https://doi.org/10.1038/s41567-021-01349-2
