
沒有人真的知道裡面會發生什麼原子。但是兩個競爭的科學家認為他們已經弄清楚了。兩者都在競爭,以證明自己的願景是正確的。
這是我們肯定知道的:電子在原子外殼中的“軌道”周圍。然後有很多空的空間。然後,就在那個空間的中心,有一個微小的核 - 質子和中子的密集結,使原子大部分質量賦予。那些質子和中子聚集在一起,受所謂的束縛強力。這些質子和中子的數量決定了原子是否為鐵或者氧或者氙,以及是放射性還是穩定。
儘管如此,沒有人知道那些質子和中子(稱為核子)在原子中的表現如何。在原子之外,質子和中子具有明確的大小和形狀。它們每個人都由稱為夸克的三個較小的顆粒組成,這些夸克之間的相互作用非常強,以至於沒有外力能夠使它們變形,甚至沒有核中粒子之間的強大力。但是幾十年來,研究人員知道該理論在某種程度上是錯誤的。實驗表明,在核內,質子和中子看起來比應有的要大得多。物理學家已經開發了兩種相互競爭的理論,試圖解釋怪異的不匹配,每個人的支持者都確定另一個是不正確的。但是,兩個營地都同意,無論正確的答案是什麼,它都必須來自他們超越自己的領域。
有關的:物理學中最大的未解決的奧秘
華盛頓大學的核物理學家杰拉爾德·米勒(Gerald Miller)告訴《現場科學》,至少從1940年代開始,物理學家就知道細胞核在細胞核內的緊密軌道移動。核子限制在動作中的核子幾乎沒有能量。他們不會在強大力量的束縛中彈跳太多。
米勒說,1983年,歐洲核研究組織(CERN)的物理學家注意到了一些奇怪的東西:電子束從鐵中反彈,與他們反彈的自由質子有很大不同,米勒說。那是出乎意料的;如果氫中的質子大小與鐵中的質子相同,則電子應以幾乎相同的方式彈跳。
起初,研究人員不知道他們在看什麼。
但是隨著時間的流逝,科學家們認為這是一個大小問題。由於某種原因,重核中的質子和中子的作用似乎比在核外面時大得多。研究人員稱這種現象為EMC效應,在歐洲MUON合作之後 - 不小心發現了這一現象。它違反了現有的核物理理論。
或者,MIT的核物理學家Hen的想法有可能解釋發生了什麼。
而夸克,亞原子顆粒他說,構成核子,在給定的質子或中子內強烈相互作用,不同質子和中子中的夸克彼此之間的相互作用不大。核子內部的強力是如此強大,以至於將堅固的力固定在其他核子上。
亨說:“想像一下坐在你的房間里和你的兩個朋友聊天,窗戶關閉了。”
房間中的三重奏是中子或質子內的三個夸克。
他說:“輕風在外面吹來。”
微風是將質子或中子固定在窗戶“外部”附近的核子上的力。 Hen說,即使在封閉的窗戶上偷偷摸摸,也不會影響您。
只要核子留在軌道中,就是這樣。但是,他說,最近的實驗表明,在任何給定時間,核中約有20%的核子實際上都超出了軌道之外。取而代之的是,它們與其他核子配對,在“短距離相關性”中相互作用。他說,在這種情況下,核子之間的相互作用比平常更高。那是因為夸克在單個核子的壁上戳了並開始直接相互作用,而這些夸克夸克相互作用比核子核子的相互作用更強大。
亨特說,這些相互作用破壞了將夸克分隔在單個質子或中子內的牆壁。組成一個質子的夸克,夸克組成另一個質子開始佔據相同的空間。 Hen說,這會導致質子(或可能是中性子)伸展和模糊。他們的成長很短,儘管很短。這扭曲了核中整個隊列的平均大小 - 產生EMC效應。
Hen說,大多數物理學家現在接受這種對EMC效應的解釋。米勒(Miller)與Hen進行了一些重要的研究,他們同意。
但是,並非所有人都認為母雞的小組解決了問題。伊利諾伊州Argonne國家實驗室的核物理學家伊恩·克洛特(IanCloët)說,他認為母雞的工作得出了結論,即數據不能完全支持。
克洛特告訴《現場科學》:“我認為EMC效應仍未解決。”這是因為核物理學的基本模型已經解釋了許多短距離配對的描述。但是,“如果您使用該模型嘗試查看EMC效應,您將不會描述EMC效應。沒有成功使用該框架對EMC效應進行成功的解釋。因此,我認為仍然存在一個謎。”
他說,亨和他的合作者正在做“英勇”和“非常好的科學”的實驗性工作。但這並不能完全解決原子核的問題。
他說:“很明顯,傳統的核物理模型……無法解釋這種EMC效應。” “我們現在認為解釋必須來自QCD本身。”
QCD代表量子染色體動力學 - 控制夸克行為的規則制度。從核物理學轉移到QCD有點像看同一圖片兩次:一次在第一代翻蓋手機上 - 這是核物理學 - 然後在高分辨率電視上再次使用 - 這就是量子染色體動力學。高分辨率電視提供了更多的細節,但構建要復雜得多。
問題是,描述核中所有夸克的完整QCD方程太難解決了。 Cloët估計,現代超級計算機距離足夠快100年了。他說,即使超級計算機今天足夠快,方程式也沒有將它們插入計算機的地步。
他說,儘管如此,還是有可能與QCD一起回答一些問題。他說,目前,這些答案對EMC效應提供了不同的解釋:核均值場理論。
他不同意核中20%的核子在短距離相關性中結合。他說,實驗並不能證明這一點。這個想法存在理論上的問題。
他說,這表明我們需要一個不同的模型。
克洛特說:“我所擁有的圖片是,我們知道核心內部是這些非常強大的核力量。”這些有點像電磁場,除了它們是強大的力場。 ”
這些田地的運行距離很小,以至於它們在細胞核外面忽略不計,但內部功能強大。
在克洛特(Cloët典當(一種強力載體粒子)。
“就像您拿起原子並將其放入強度一樣磁場,您將改變該原子的內部結構。 ”
換句話說,卑鄙的場理論家認為,所描述的密封房間的牆壁上有孔的孔,風正在吹來敲擊夸克,將它們伸出來。
克洛特(Cloët)承認,可能的短期相關性可能解釋了EMC效應的某些部分,而Hen表示平均田地也可能發揮作用。
克洛特說:“問題是,這是主導的。”
米勒(Miller)也與克洛特(Cloët)進行了廣泛的合作,他說,平均領域的優勢是從理論上講更為良好。他說,但是克洛特尚未完成所有必要的計算。
目前,實驗證據的重量表明,亨具有更好的論點。
Hen andCloët都表示,未來幾年實驗的結果可以解決這個問題。 Hen引用了弗吉尼亞州杰斐遜國家加速器設施正在進行的實驗,該實驗將咬一點地將核子靠近,並允許研究人員觀看它們的變化。克洛特說,他希望看到一個“極化的EMC實驗”,該實驗將根據所涉及的質子的自旋(量子性狀)打破效果。他說,這可能揭示了可能有助於計算的效果的看不見的細節。
這三位研究人員都強調辯論是友好的。
米勒說:“這很棒,因為這意味著我們仍在取得進步。” “最終,教科書和球遊戲結束了。……有兩個相互競爭的想法意味著這是令人興奮和充滿活力的事實。現在,我們最終擁有解決這些問題的實驗工具。”
最初出版現場科學。