科学探索|突破性的技术产生了关于硅、亚原子粒子和可能的＂第五自然力＂的新细节突破性的技术产生了关于硅、

利用美国国家标准与技术研究所（NIST）的一项突破性的新技术，一个由NIST研究人员领导的国际合作团队揭示了以前未被认识到的对技术至关重要的硅晶体的特性，并发现了有关一种重要的亚原子粒子和长期以来理论上的“自然界第五力”的新信息。
通过将被称为中子的亚原子粒子瞄准硅晶体并以高灵敏度监测其结果，NIST的科学家们能够获得三个非凡的结果：20年来首次使用一种独特的方法测量一个关键的中子特性；对硅晶体中与热有关的振动的影响进行最高精度的测量；以及对可能的"第五力"的强度进行限制，使其超出标准物理学理论。

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在像硅这样的规则晶体中，有许多平行的原子片，每个原子片形成一个平面。用中子探测不同的平面，可以发现晶体的不同方面。
研究人员在《科学》杂志上报告了他们的发现。
为了在原子尺度上获得有关晶体材料的信息，科学家们通常将一束粒子（如X射线、电子或中子）对准晶体，并在它穿过或弹开晶体的格子状原子几何形状的平面时检测该束的角度、强度和模式。这些信息对于表征微芯片组件和各种新型纳米材料的电子、机械和磁性能至关重要，可用于下一代应用，包括量子计算。我们已经知道了很多，但继续进步需要越来越详细的知识。
NIST高级项目科学家Michael Huber说："对硅的晶体结构有了极大的了解，硅是'通用'的基底或基础材料，一切都建立在它上面，这对于了解在测量的准确性受限于量子效应的点附近运行的组件的性质将是至关重要的。"
中子、原子和角度

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像所有的量子物体一样，中子同时具有点状粒子和波的特性。当一个中子穿过晶体时，它在被称为Bragg平面的原子行或原子片之间和上面形成驻波（像弹奏的吉他弦）。当来自这两条路线中的每一条的波结合起来，或者用物理学的说法是"干涉"，它们就会产生微弱的模式，称为penDELL?sung振荡，从而提供对中子在晶体内所经历的力量的洞察力。
"想象一下两把相同的吉他，"Huber说。"以同样的方式拨动它们，当琴弦振动时，驱动其中一把走在有减速带的路上--即沿着晶格中的原子平面--并驱动另一把走在同样长度的没有减速带的路上--类似于在晶格平面之间移动。比较两把吉他的声音可以告诉我们一些关于减速带的信息：它们有多大，有多光滑，以及它们是否有有趣的形状？"
最新的工作是在马里兰州盖瑟斯堡的NIST中子研究中心（NCNR）进行的，与来自日本、美国和加拿大的研究人员合作，使硅晶体结构的精确测量提高了4倍。

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原子核中的每个中子都是由三个称为夸克的基本粒子组成的。这三个夸克的电荷之和为零，使其呈电中性。但这些电荷的分布是这样的：正电荷更可能出现在中子的中心，而负电荷则朝外。
不完全中立的中子
在一个引人注目的结果中，科学家们以一种新的方式测量了中子的电"电荷半径"，其半径值的不确定性与之前使用其他方法得出的最精确的结果相竞争。中子是电中性的，正如它们的名字所示。但是它们是由三个被称为夸克的基本带电粒子组成的复合物体，这些粒子具有不同的电气特性，并不完全均匀分布。