美因茨约翰内斯古腾堡大学 PRISMA+ 卓越集群中的一个团队成功计算了钙元素的原子核在与电子碰撞时的行为。结果与可用的实验数据非常吻合。第一次，基于基本理论的计算能够正确描述像钙一样重的原子核的实验。特别相关的是这种计算在未来解释中微子实验的潜力。著名期刊《物理评论快报》报道了其当前卷中所取得的里程碑。
新出版物源自卓越集群 PRISMA+ 理论核物理学教授 Sonia Bacca 教授与橡树岭国家实验室合作领导的小组。Bacca 在预测原子核的各种特性方面取得了巨大成功，这些特性源自其成分之间的相互作用 - 核子 - 这可以在手性有效场理论中进行描述。她的研究旨在在实验观察和量子色动力学的基本理论之间建立牢固的联系。在物理学中，这样的过程被描述为 ab initio计算。
由外部场探测的原子核的横截面，例如通过与电子或其他粒子的相互作用，也可以在同一理论中进行描述。这个程序是解释现有数据和解释未来实验的关键，例如在中微子物理学中——PRISMA+ 研究计划的一个重要焦点。
了解中微子
中微子是难以捉摸的粒子，它们不断地穿透我们的地球，但很难被发现和理解。通过新计划的实验，例如美国的 DUNE 实验，科学家们希望研究它们的基本特性，例如，一种类型的中微子转变为另一种类型的现象——技术术语称为中微子振荡。为了实现这一目标，他们需要理论计算中的重要信息。具体来说，相关问题是：中微子如何与探测器中的原子核相互作用?
由于中微子在原子核上散射的实验数据很少见，研究小组首先研究了另一种轻子——电子——的散射，其中有实验数据可用。“可以这么说，钙 40 是我们的测试系统，”美因茨的博士后、该研究的第一作者 Joanna Sobczyk 博士解释说。“通过我们新的 ab initio 方法，我们能够非常精确地计算电子散射会发生什么以及钙原子核的行为。”
这是一个巨大的成功：到目前为止，不可能对由 40 个核子组成的钙这样重的元素进行这样的计算。“我们很高兴我们基本上成功地证明了我们的方法工作可靠，”Sonia Bacca 说。“现在一个新时代开始了，从头算方法可以用来描述轻子——包括电子和中微子——在原子核上的散射，即使是 40 个核子。”
“我们的方法最好的特点之一是它允许我们严格量化与我们的计算相关的不确定性。不确定性量化非常耗时，但为了能够适当地将理论与实验进行比较非常重要，”博士评论道。 Bijaya Acharya，PRISMA+ 博士后，也是该研究的合著者。
在他们能够展示他们的方法对钙的潜力后，研究小组希望在未来研究氩元素及其与中微子的相互作用。氩气将在计划中的 DUNE 实验中作为目标发挥重要作用。
