新测量数据显示，铅核结构随能量发生剧烈变化，这揭示了核理论中仍存在缺失环节。

当科学家用电子束轰击原子核时，产生的散射图案通常与理论预测完全吻合，这被认为是现代核物理的重要优势之一。因为即使是很微弱的效应（比如电子自旋翻转产生的影响），也能通过该方法以惊人的精度测量并与理论方程匹配。然而，作为地球上最重的稳定元素之一，铅却长期表现出异常现象。

此前，美国杰斐逊实验室的实验表明，当电子轰击铅核时，理论上因交换两个虚光子而产生的微弱自旋相关效应似乎完全消失，而现有理论无法解释这一现象。如今，美因茨约翰内斯·古腾堡大学（JGU）的物理学家开展的一项新实验不仅证实了铅核内部确实存在异常，还揭示了这一谜题比人们以往认识的更为复杂。

该研究的作者之一、JGU教授孔切蒂娜·斯芬蒂博士表示："我们的结果证实了这一谜题确实存在，这意味着在电子探测重核的过程中存在尚未被探索的物理机制，我们需要新的理论思路来解释它。"

铅核的异常更为显著

为了深入研究铅核的谜团，研究人员利用了美因茨微子加速器（MAMI）。这台高精度电子加速器配备了全球最灵敏的谱仪之一，使物理学家能够精确控制电子束的能量和角度，这对于探测散射图案中细微的自旋相关变化至关重要。

研究人员关注的自旋相关效应虽微弱，但在大多数原子核中已被充分理解。当电子从原子核反弹时，它们不仅通过交换单个光子相互作用，偶尔也会同时交换两个虚光子。这种罕见过程会略微改变电子自旋翻转时的散射模式。数十年来，这种自旋相关偏移的大小已被理论预测和实验验证，唯独铅核例外——此前的数据显示该效应几乎为零。

JGU团队重复了测量，但改变了束流能量和散射角度这两个影响原子核反应的变量。他们利用MAMI的A1谱仪（可探测极其微小的动量和角度变化）测量了电子自旋翻转时散射模式的改变程度。令人惊讶的是，这次效应并未消失，反而清晰显现，并且远大于预期。这一新测量结果非但没有解决此前的矛盾，反而使问题更加尖锐：铅核的行为随能量发生剧烈变化，而现有理论模型无一能预测这一现象。

在较轻的原子核中，自旋效应随能量变化平稳且可预测；而在铅核中，它却以难以预料的方式跳跃性变化。斯芬蒂指出："MAMI的新结果让我们更清楚地认识到，在迈向下一阶段研究之前需要理解什么。我们今天的测量结果直接决定着未来高精度物理学的发展路线图。"

对未来实验的警示

这一发现的影响远不止于铅核。即将在美因茨新建的MESA加速器上进行的P2实验，旨在以无与伦比的精度测量电子散射的极微小变化，从而检验标准模型。要达到如此高的精度，物理学家必须详细了解双光子交换效应，尤其是在异常现象最为明显的重核中。新结果发出了重要警示：如果缺乏对铅核内部机制更深入的理论理解，未来的精密实验可能会误读数据。

研究还暴露了若干局限。科学家尚不清楚铅为何表现如此特殊、其他重核是否也存在类似效应，以及核结构的哪一部分导致其随束流能量突然变化。当前的测量虽精确，但仅涵盖特定角度和能量范围，仍有大量区域待探索。接下来，该团队计划扩大测量范围至更多能量区间，对比铅与其他重元素，并与理论物理学家合作构建能解释新观测现象的理论模型。

该研究已发表于《物理评论快报》期刊。

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