由于麻省理工學院研究人員領導的為期七年的實驗，關于質(zhì)子結構的一個謎??團更接近于解決。

多年來，研究人員通過用電子轟擊它們并檢測不同角度的散射電子強度，探測了質(zhì)子的結構 - 帶正電荷的亞原子粒子。

以這種方式，他們試圖確定質(zhì)子的電荷和磁化如何分布。這些實驗以前曾使研究人員認為電荷和磁電荷的分布是相同的，當質(zhì)子與轟擊電子相互作用時，一個光子 - 光的基本粒子 - 就會被交換。

然而，在21世紀初，研究人員開始使用偏振電子束進行實驗，偏振電子束利用質(zhì)子和電子的自旋來測量電子 - 質(zhì)子彈性散射。這些實驗表明，電子與磁性電荷分布的比例隨電子與質(zhì)子之間的高能相互作用而急劇下降。

這導致了這樣的理論：在相互作用期間有時不會交換一個而是兩個光子，導致不均勻的電荷分布。更重要的是，該理論預測這兩種粒子都是所謂的“硬”或高能光子。

為了確定這種“雙光子交換”，由麻省理工學院核科學實驗室的研究人員領導的一個國際小組在漢堡的德國電子同步加速器(DESY)進行了為期七年的實驗，稱為奧林巴斯。

在本周發(fā)表在“ 物理評論快報 ”雜志上的一篇論文中，研究人員揭示了這個實驗的結果，這表明在電子 - 質(zhì)子相互作用過程中確實交換了兩個光子。

然而，與理論預測不同，對OLYMPUS測量的分析表明，大多數(shù)時候，只有一個光子具有高能量，而另一個必須攜帶非常少的能量，物理學教授兼成員Richard Milner表示負責該實驗的核科學實驗室的Hadronic Physics Group。

米爾納說：“我們幾乎沒有看到很難進行硬雙光子交換的證據(jù)。”

在21世紀后期提出實驗的想法，該小組在2010年獲得了資助。

研究人員不得不拆解前BLAST光譜儀 - 一臺位于麻省理工學院的復雜的125立方米大小的探測器 - 并將其運送到德國，并在那里通過一些改進進行了重新組裝。然后他們在2012年進行了三個月的實驗，之后實驗室的粒子加速器本身退役并在該年年底關閉。

根據(jù)道格拉斯·哈塞爾(Douglas Hasell)的說法，該實驗與美國和俄羅斯的其他兩個實驗同時進行，包括用帶負電的電子和帶正電的正電子轟擊質(zhì)子，并比較兩種相互作用之間的差異。麻省理工學院核科學實驗室和Hadronic Physics Group的研究科學家，以及該論文的另一位作者。

Hasell說，根據(jù)質(zhì)子是否被電子或正電子散射，這個過程將產(chǎn)生一種微妙的不同測量。“如果你看到差異(在測量中)，則表明存在重要的雙光子效應。”

Hasell說，碰撞運行了三個月，結果數(shù)據(jù)再花了三年時間進行分析。

Hasell說，理論和實驗結果之間的差異意味著未來可能需要進行進一步的實驗，甚至更高的能量，雙光子交換效應預計會更大。

然而，可能難以達到OLYMPUS實驗中達到的相同精度水平。

“我們進行了三個月的實驗，并進行了非常精確的測量，”他說。“除非可以改善(實驗的)性能，否則你必須運行多年以獲得相同的精確度。”

Hasell說，在不久的將來，研究人員計劃在決定下一步之前，先看看理論物理學界如何對數(shù)據(jù)作出反應。

“可能是他們可以對理論模型中的細節(jié)進行微調(diào)，以使其全部達成一致，并解釋更高和更低能量的數(shù)據(jù)，”他說。

“然后由實驗主義者來檢查是否存在這種情況。”