科学家解开了原子核内部一条长达35年的未解之谜

据外国媒体报道，自1983年以来，科学家们已经知道了这样一个神秘的事实:质子和中子在原子内部的行为与它们在太空中*移动时不同。具体来说，一旦构成质子和中子的亚原子粒子“夸克”被限制在原子核内，运动速度就会急剧下降。

这让物理学家感到非常头痛，因为无论在原子内部与否，中子是中子，质子是质子。质子和中子由三种称为夸克的较小粒子组成，它们被强大的力束缚在一起。

"一旦夸克进入原子核，运动速度就会变慢，这很奇怪."合著者奥尔·亨研究和麻省理工学院物理学家霍尔格指出。这很奇怪的原因是，夸克的运动速度主要是由它们之间的强相互作用力决定的，而将原子核结合在一起的力(它也影响原子核内的夸克)应该很弱。

目前，还没有其他已知的力量能够如此彻底地改变原子核内的夸克行为。但是这种现象确实存在。物理学家称之为“电磁兼容效应”(电磁兼容是发现这一现象的欧洲错误协会的英文缩写)。直到最近，科学家仍不确定这一现象的原因。

原子核中的两个粒子通常被大约800万电子伏特的力束缚在一起。质子或中子中的夸克被大约100万电子伏特的力结合在一起。因此，原子核中相对较弱的力不应该对夸克间的强大力有如此明显的影响。

" 8比1000的比率是什么概念？"候恩指出。

然而，电磁兼容效应不是外力引起的小误差。尽管不同类型的细胞核有不同的具体表现，“变异的范围可以远远超过0.5%。只要你设计一组实验并观察它们，这种效果就会从实验数据中突显出来。”

根据原子核的不同，原子核的表观大小从10%到20%不等(大小与其速度有关)。例如，在金原子核中，质子和中子比*空间中的小20%。赫恩说，理论家们已经提出了各种模型来试图解释这一现象。“我的一个朋友开玩笑说，EMC实际上是‘每个人的模型都很酷’的缩写，因为每个模型似乎都解释了这种效应。”赫恩说。

但是随着物理学家进行更多的实验和测试更多的模型，这些模型一个接一个地被淘汰。“没有一个模型能解释所有的数据，我们仍然面临着一个巨大的谜团。我们现在有大量的数据，并且已经测量了各种原子核中夸克的运动，但是我们仍然不能解释到底发生了什么。”赫恩和他的同事决定，与其试图一次解决所有的难题，他们应该首先研究质子和中子之间的特殊相互作用。

在大多数情况下，同一个原子核中的质子和中子不会相互重叠，但会尊重彼此的边界(尽管它们实际上只是一个结合在一起的夸克系统)。然而，原子核有时在原子核内相互连接，也就是说，物理上重叠，形成科学家所说的“关联对”在任何给定的时刻，原子核中大约20%的原子核以这种方式相互重叠。

当这种情况发生时，大量的能量会在夸克之间流动，极大地改变它们的边界结构和行为。这种现象是由强大的相互作用力造成的。在2月20日发表在《自然》杂志上的一篇论文中，研究人员指出，这种能量流动是电磁兼容现象的原因。研究小组用电子轰击许多不同的原子核，发现这些原子核对和电磁兼容效应有直接关系。

赫恩说，这些研究数据有力地表明，大多数原子核中的夸克在进入原子核时不会发生变化。然而，核子对中的夸克行为会发生显著变化，导致平均实验结果的失真。在如此小的空间里挤压大量的夸克会产生显著的强力效应。电磁兼容效应只是少数“异常元素”的结果，而不是由所有质子和中子的行为变化引起的。

该团队从研究数据中总结出一个函数，可以准确描述不同原子核中的电磁兼容效应。"这篇论文的作者做了一个预测，这个预测或多或少得到了证实."乔治华盛顿大学的物理学家杰拉尔德·费尔德曼指出。费尔德曼认为，这一证据足以证明核配对效应是解决电磁兼容性之谜的真正答案。

三十五年后，粒子物理学家似乎终于解决了这个问题。候恩说，他和他的同事已经进行了后续实验，并计划更深入地研究这个问题，揭示更多关于原子核配对行为的真相。