近日，北京正负电子对撞机上的第三代北京谱仪实验(简称BESIII实验)国际合作组在《Nature Physics》第17卷11期发表了《Oscillating Features in the Electromagnetic Structure of the Neutron》的学术论文，并被选为封面报道。该研究取得了目前为止世界范围内最精确的中子电磁结构测量结果，澄清了在该领域中持续二十余年的光子-核子的相互作用反常之谜，并首次发现了中子精细电磁结构中的振荡现象。我校粤港量子物质联合实验室、量子物质研究院胡继峰特聘研究员是该研究的主要贡献者之一，开发了公用的底层分析软件、中性重建与识别软件，并处理最终测量结果以及确定振荡分析方案。
2021年第17卷11期封面文章
核子是自然界一切可见物质的主要组分。自1932年詹姆斯.查德威克发现中子以来，核子研究领域诞生了至少五位诺贝尔物理奖。然而迄今为止，人类仍然没有完全理解核子的基本性质。例如，光子与质子的耦合是否强于光子与中子的耦合？我们知道质子携带一个正电荷而中子没有，因此理论预期光子与质子的耦合更强。然而问题并非如此简单，因为核子还有内部结构。过去二十余年，仅有两家同类实验--位于意大利的FENICE实验（1998年）和位于俄罗斯的SND实验（2014年）--发表过相关研究结果。这些结果都表明光子与中子的耦合更强，因而导致了一个长达二十余年的光子-核子耦合反常之谜。
理解上述谜题的关键在于精确测量中子的电磁形状因子。该研究依托北京正负电子对撞机，在20至30.8亿电子伏能量范围内（1电子伏为：一个电子被一伏电压加速所获得的能量），使用虚光子探针逐点扫描出中子的电磁形状因子。该研究解决了实验上的一系列挑战（包括反中子、中子和光子等中性粒子的重建、鉴别和效率校准），通过综合分析探测器中的数字化时间幅度信号、正负电子对撞周期、机器背景和宇宙线背景等，在数十亿事件中成功地找到了数千个信号事件。与之前的实验结果相比，统计量提高了60倍以上。由此，该研究不仅获得了高精度的测量结果，还揭示了中子精细电磁结构随能量变化的振荡现象。该现象没有被任何理论所预言过。
虚光子-中子耦合强度与虚光子-质子耦合强度的比值
正负电子对撞湮灭到中子反中子对过程的示意图
胡继峰特聘研究员于2020年1月入职华南师范大学量子物质研究院，于2006年加入BESIII实验国际合作组，先后开发了飞行时间探测器的校准软件系统和数据质量监测系统，目前主要从事核子电磁结构方面的研究。
论文链接https://doi.org/10.1038/s41567-021-01345-6
评论链接https://www.nature.com/articles/s41567-021-01349-2
主要贡献作者链接http://iqm.scnu.edu.cn/a/20200613/76.html
学校新闻网报道链接https://news.scnu.edu.cn/46168