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科學(xué)家解開了原子核內(nèi)部一條長達(dá)35年的未解之謎 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(gè)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(dòng)速度就會(huì)減緩，這點(diǎn)非常奇怪�！痹撗芯康墓餐髡摺⒙槭±砉W(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(dòng)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(huì)對(duì)原子核內(nèi)部的夸克產(chǎn)生影響）應(yīng)當(dāng)非常微弱才對(duì)。 目前還沒有已知的其它力能夠如此劇烈地改變?cè)雍藘?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(huì)”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(gè)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(duì)較弱的作用力不該對(duì)夸克之間的強(qiáng)大作用力產(chǎn)生如此明顯的影響才對(duì)。 “8和1000比，是個(gè)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(duì)此進(jìn)行觀察，這一效應(yīng)就會(huì)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(huì)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(gè)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�(gè)模型似乎都能解釋這種效應(yīng)�！焙斩髡f道。 但隨著物理學(xué)家開展更多實(shí)驗(yàn)、測(cè)試更多模型，這些模型一個(gè)接一個(gè)地被淘汰出局，“沒有一個(gè)模型能解釋所有數(shù)據(jù)，我們?nèi)悦媾R著一個(gè)巨大的未解之謎。我們?nèi)缃裾莆樟舜罅繑?shù)據(jù)，對(duì)夸克在各種原子核中的運(yùn)動(dòng)都做了測(cè)量，但仍然無法解釋到底是怎么回事�！焙斩骱屯聜儧Q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(huì)相互重疊，而是會(huì)尊重對(duì)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(huì)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(duì)”。在任意時(shí)刻，一個(gè)原子核中約有20%的核子會(huì)以這種方式相互重疊。 發(fā)生這種情況時(shí)，夸克之間會(huì)發(fā)生大量能量流動(dòng)，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(dòng)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(duì)與EMC效應(yīng)之間存在直接關(guān)系。 |
