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核物理学家利用康普顿偏振计实现了对电子束偏振的突破性测量，将电子自旋的不确定性大幅降低至仅0.36%。这一进步不仅超越了之前的记录，而且也达到了即将进行的实验所要求的精度，这些实验旨在测试并有可能扩展粒子物理学的标准模型。 这些实验旨在探索物质的基本成分以及它们之间相互作用的力量，有望完善我们对宇宙结构的理解。
自旋与质量或电荷一样，是电子固有的基本属性。 当电子在给定时间内向同一方向自旋时，这被称为极化。 了解这种平行自旋对于科学家在最微小的尺度上探测物质的性质至关重要。 特别是，它揭示了铅等重原子核的结构。
现在，核物理学家比以往任何时候都更精确地测量了电子束的偏振。 他们通过发送激光和电子碰撞，并探测反弹回来的光子或光粒子，实现了创纪录的测量。 这种相互作用被称为康普顿效应。
在杰斐逊实验室进行钙半径实验期间，用于测量电子平行自旋的康普顿偏振计激光系统正在对准。 图片来源：杰斐逊实验室照片/Dave Gaskell
粒子物理学的标准模型试图描述原子的最基本成分，如夸克和胶子，以及四种基本力中的三种：强力、弱力和电磁力。 但这还不够完整。 这就是为什么科学家们正计划进行一系列新颖的实验来检验这一理论，并有可能帮助重塑他们对宇宙的描述。 最近进行的康普顿偏振测量已经超越了这些未来研究所需的精度水平。
在权衡实验与理论时，科学家必须了解这些比较所揭示的不确定性。 否则，这些测试就没有任何科学价值。 在许多涉及电子束的研究中，对通电粒子自旋的了解是不确定性的主要来源。 为了减少这种不确定性，托马斯-杰斐逊国家加速器（杰斐逊实验室）的科学家们开发了一种设备，可以比以往更精确地测量极化。
科学家们在能源部科学办公室的用户设施连续电子束加速器设施的A厅使用了这种被称为康普顿偏振计的设备。 该系统将电子束转移到一个光腔中，在那里与激光发生碰撞。 电子束撞击出的光子进入探测器，探测器将其信号传递给一套数据收集器。 康普顿偏振计是"钙半径实验"（CREX）的一部分，该实验探测中等重量原子的原子核，以了解它们的结构。
在 CREX 期间，研究小组将通电电子自旋的不确定性降低到了 0.36%。 这打破了1995年在SLAC国家加速器实验室以更高束流能量创下的0.5%的记录。 这项新的测量也跨越了旗舰 MOLLER 实验所需的 0.4% 临界值，该实验将测量电子上的弱电荷，以检验标准模型。
编译自/SciTechDaily
DOI: 10.1103/PhysRevC..024323
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