中子“皮肤”的首次测量揭开了恒星爆炸的秘密

一个原子的皮肤是一个奇怪的想象。原子核的流行图像倾向于描绘质子和中子在球体内随机堆积在一起的情况；就像老式玻璃售货机里的口香糖。但事实上，较重的元素往往会使其构建块分布得更不均匀，一些中子被向外推，形成一层薄薄的“皮”，包裹着混合中子和质子的核心 

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研究合著者、弗吉尼亚大学实验核与粒子物理学教授Kent Paschke在一份声明中说：“铅核中的质子在一个球体中，我们发现中子在它们周围的一个更大的球体中，所以我们称之为中子皮。”

因为皮是由内部质子和中子对剩余中子的绝对密度产生的，所以测量中子皮是测量整个原子核密度的一种方便方法。为此，研究人员开始测量铅208“内部”和“外部”球体之间的大小差异；铅的同位素，有126个中子和82个质子

找到内部球体的大小相当容易，而且以前也做过。Paschke和他的团队向原子中心带正电的质子发射带电粒子，然后测量带电粒子如何从质子上反弹。然而，外层的中子是没有电荷的。这意味着需要一种不同的方法来测量它们的密度&mdash；一种利用散射电子的角动量 

通过将一束精确控制的电子束发射到铅同位素薄片中，冷却到低温，使原子核成为固定目标，研究人员测量了具有特定角动量的电子在与中子相互作用后偏转的独特方式。由于当电子具有一定的角动量时，它们更经常向一个方向偏转，研究人员可以利用偏转的电子来绘制中子皮厚度的图像。他们发现它大约有0.28万亿分之一毫米厚，比红细胞薄100亿倍。这比物理学家最初想象的要厚一些。

“这是对中子皮最直接的观测。我们发现了一个我们称之为刚性状态方程的东西，即高于预期的压力，因此很难将这些中子挤压到原子核中，”Paschke说。状态方程是描述物质在给定条件下的状态的方程。“因此，我们发现原子核内部的密度比预期的要低一点。”

了解这种表皮的厚度不仅对理解原子的性质至关重要，而且对理解中子星也至关重要；大质量恒星在巨大的恒星爆炸或超新星之后形成的超致密残余。由于中子星由90%的中子组成，了解中子在原子内的结构也将揭示它们对这些神秘恒星残余大小的限制；以及中子皮如何阻止引力挤压它们，直到它们变成黑洞 

由于铅是地球上发现的密度最高的物质之一，其中子皮的密度与密度惊人的中子星相比是一个很好的对比点。第二组研究人员在第一组研究的基础上，将之前对中子星半径的估计从最大7.5英里（12公里）更新到最大8.9英里（14.25公里）