據(jù)國外媒體報(bào)道，科學(xué)家自1983年來就知道這么一條神秘的真相：質(zhì)子與中子在原子內(nèi)部的行為方式與在空間中自由移動時(shí)有所不同。具體來說，構(gòu)成質(zhì)子和中子的亞原子粒子“夸克”一旦被局限在原子核中，運(yùn)動速度便會大幅下降。

       這令物理學(xué)家感到很頭痛，因?yàn)闊o論在原子內(nèi)部與否，中子就是中子，質(zhì)子就是質(zhì)子。質(zhì)子和中子（二者同屬于“核子”）都由三個名叫“夸克”的較小粒子構(gòu)成，通過強(qiáng)作用力結(jié)合在一起。

       “一旦夸克位于原子核中，運(yùn)動速度就會減緩，這點(diǎn)非常奇怪。”該研究的共同作者、麻省理工學(xué)院物理學(xué)家奧爾•赫恩（Or Hen）指出。這之所以奇怪，是因?yàn)榭淇说倪\(yùn)動速度主要由彼此之間的強(qiáng)相互作用力決定，而將原子核結(jié)合在一起的力（該力也會對原子核內(nèi)部的夸克產(chǎn)生影響）應(yīng)當(dāng)非常微弱才對。

       目前還沒有已知的其它力能夠如此劇烈地改變原子核內(nèi)部的夸克行為。但這一現(xiàn)象確實(shí)存在。物理學(xué)家將其稱作EMC效應(yīng)（EMC是發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象的組織“歐洲渺子協(xié)會”的英文縮寫）。截至不久之前，科學(xué)家仍不確定導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因。

       原子核中的兩個粒子通常由8百萬電子伏特左右的力結(jié)合在一起。質(zhì)子或中子中的夸克則由約1000百萬電子伏特的力結(jié)合在一起。因此，原子核中相對較弱的作用力不該對夸克之間的強(qiáng)大作用力產(chǎn)生如此明顯的影響才對。

       “8和1000比，是個什么概念？”赫恩指出。


       但EMC效應(yīng)可不是由外部作用力導(dǎo)致的一點(diǎn)點(diǎn)小誤差。雖然不同類型的原子核具體表現(xiàn)不同，“但變化范圍可遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止0.5%。只要你設(shè)計(jì)出一套實(shí)驗(yàn)、對此進(jìn)行觀察，這一效應(yīng)就會從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中凸顯出來。”

       取決于原子核，核子的表觀尺寸會有10%至20%不等的變化（大小與其速度有關(guān)）。例如，在金原子核中，質(zhì)子和中子要比在自由空間中小20%。赫恩表示，理論學(xué)家提出了各種各樣的模型，試圖解釋這種現(xiàn)象，“我有個朋友開玩笑說，EMC其實(shí)是‘所有人的模型都很酷’（‘Everybody’s Model is Cool）的縮寫，因?yàn)槊總€模型似乎都能解釋這種效應(yīng)。”赫恩說道。

       但隨著物理學(xué)家開展更多實(shí)驗(yàn)、測試更多模型，這些模型一個接一個地被淘汰出局，“沒有一個模型能解釋所有數(shù)據(jù)，我們?nèi)悦媾R著一個巨大的未解之謎。我們?nèi)缃裾莆樟舜罅繑?shù)據(jù)，對夸克在各種原子核中的運(yùn)動都做了測量，但仍然無法解釋到底是怎么回事。”赫恩和同事們決定，與其試圖一次性解決所有謎題，不如先考察一種質(zhì)子與中子的一種特殊相互作用。

       在大多數(shù)情況下，同一原子核中的質(zhì)子和中子不會相互重疊，而是會尊重對方的邊界（雖然它們其實(shí)只是由夸克結(jié)合在一起構(gòu)成的系統(tǒng)）。但核子有時(shí)會在原子核內(nèi)部相互聯(lián)結(jié)，也就是說，在物理上發(fā)生重疊，形成科學(xué)家所謂的“關(guān)聯(lián)對”。在任意時(shí)刻，一個原子核中約有20%的核子會以這種方式相互重疊。

       發(fā)生這種情況時(shí)，夸克之間會發(fā)生大量能量流動，大大改變它們的邊界結(jié)構(gòu)和行為。這一現(xiàn)象是由強(qiáng)相互作用力導(dǎo)致的。在2月20日發(fā)表在《自然》上的一篇論文中，研究人員指出，這一能量流動正是EMC現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，該研究團(tuán)隊(duì)用電子轟炸了多種不同的原子核，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些核子對與EMC效應(yīng)之間存在直接關(guān)系。

       赫恩表示，這些研究數(shù)據(jù)強(qiáng)烈表明，大多數(shù)原子核中的夸克在進(jìn)入原子核時(shí)并不會發(fā)生變化。但核子對中的夸克行為則會顯著改變，導(dǎo)致平均實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生歪曲。大量夸克擠在這么小的空間中，便會產(chǎn)生顯著的強(qiáng)作用力效應(yīng)。EMC效應(yīng)只是少數(shù)“異常份子”的結(jié)果，而非由所有質(zhì)子和中子的行為變化所導(dǎo)致。


來源：賢集網(wǎng)