นี่คือความจริงลึกลับที่นักวิทยาศาสตร์รู้จักมาตั้งแต่ปี 1983: โปรตอนและนิวตรอนทำหน้าที่แตกต่างกันเมื่อพวกเขาอยู่ในอะตอมเมื่อเทียบกับการลอยตัวอย่างอิสระผ่านอวกาศ โดยเฉพาะอนุภาค subatomic ที่ประกอบขึ้นเป็นโปรตอนและนิวตรอนเหล่านั้นเรียกว่าควาร์กช้าลงอย่างหนาแน่นเมื่อพวกเขาถูก จำกัด อยู่ที่กนิวเคลียสในอะตอม-
นักฟิสิกส์ไม่ชอบสิ่งนี้เพราะนิวตรอนเป็นนิวตรอนไม่ว่าจะอยู่ในอะตอมหรือไม่ และโปรตอนเป็นโปรตอน ทั้งคู่โปรตอนและนิวตรอน(ซึ่งประกอบขึ้นเป็นชั้นของอนุภาคที่เรียกว่า "นิวคลีน") ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กสามตัวที่เรียกว่าควาร์กผูกพันกันโดยพลังที่แข็งแกร่ง-
“ เมื่อคุณใส่ควาร์กเข้าไปในนิวเคลียสพวกเขาเริ่มเคลื่อนที่ช้าลงและนั่นก็แปลกมาก” ผู้ร่วมเขียนหรือไก่กล่าวว่านักฟิสิกส์ของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์กล่าว มันแปลกเพราะการโต้ตอบที่ทรงพลังระหว่างควาร์กส่วนใหญ่กำหนดความเร็วของพวกเขาในขณะที่กองกำลังที่ผูกนิวเคลียส (และยังทำหน้าที่บนควาร์กภายในนิวเคลียส) ควรจะอ่อนแอมากไก่เพิ่ม
และไม่มีกำลังอื่น ๆ ที่รู้จักที่ควรแก้ไขพฤติกรรมของควาร์กในนิวเคลียสอย่างเข้มข้น แต่ผลกระทบยังคงอยู่: นักฟิสิกส์อนุภาคเรียกมันว่าเอฟเฟกต์ EMC ซึ่งตั้งชื่อตามการทำงานร่วมกันของยุโรปมูอนกลุ่มที่ค้นพบมัน และจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่าเกิดอะไรขึ้น -ความลึกลับที่ไม่ได้แก้ไขมากที่สุดในฟิสิกส์-
โดยทั่วไปแล้วสองอนุภาคในนิวเคลียสจะถูกดึงเข้าด้วยกันด้วยแรงประมาณ 8 ล้านโวลต์อิเล็กตรอน (8 MeV) ซึ่งเป็นการวัดพลังงานในอนุภาค ควาร์กในโปรตอนหรือนิวตรอนถูกผูกไว้ด้วยกันประมาณ 1,000 MeV ดังนั้นจึงไม่สมเหตุสมผลที่จะเปรียบเทียบปฏิสัมพันธ์เล็กน้อยของนิวเคลียสกำลังส่งผลกระทบอย่างมากต่อปฏิสัมพันธ์ที่ทรงพลังภายในควาร์กเฮนบอกกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต
"แปดถัดจาก 1,000" เขาพูด
แต่เอฟเฟกต์ EMC ไม่ได้ดูเหมือนการเขยิบเล็กน้อยจากแรงภายนอก แม้ว่ามันจะแตกต่างกันไปจากนิวเคลียสชนิดหนึ่งไปยังอีกชนิดหนึ่ง แต่มันก็ไม่เหมือนครึ่งเปอร์เซ็นต์เอฟเฟกต์จะปรากฏออกมาจากข้อมูลเมื่อคุณมีความคิดสร้างสรรค์พอที่จะออกแบบการทดลองเพื่อค้นหามัน "เฮนกล่าว
ขึ้นอยู่กับนิวเคลียสที่เกี่ยวข้องขนาดที่ชัดเจนของนิวเคลียส (ซึ่งเป็นฟังก์ชั่นของความเร็ว) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ยกตัวอย่างเช่นในนิวเคลียสทองคำโปรตอนและนิวตรอนมีขนาดเล็กกว่าพวกเขา 20 เปอร์เซ็นต์เมื่อพวกมันลอยได้อย่างอิสระ
นักทฤษฎีมาพร้อมกับโมเดลที่แตกต่างกันมากมายเพื่ออธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่เฮนกล่าว
“ เพื่อนของฉันพูดติดตลกว่า EMC ยืนหยัดเพื่อ 'นางแบบของทุกคนนั้นเจ๋ง' เพราะทุกรุ่นดูเหมือนจะอธิบายได้” เขากล่าว
แต่เมื่อเวลาผ่านไปนักฟิสิกส์ทำการทดลองมากขึ้นทดสอบแบบจำลองที่แตกต่างกันและอีกคนหนึ่งก็หายไป
“ ไม่มีใครสามารถอธิบายข้อมูลทั้งหมดได้และเราถูกทิ้งให้อยู่กับปริศนาขนาดใหญ่เรามีข้อมูลจำนวนมากในขณะนี้การวัดว่าควาร์กเคลื่อนที่ภายในนิวเคลียสที่แตกต่างกันทุกชนิดและเราไม่สามารถอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นได้” เขากล่าว
แทนที่จะพยายามอธิบายปริศนาทั้งหมดในครั้งเดียวเฮนและเพื่อนร่วมงานของเขาตัดสินใจที่จะดูกรณีพิเศษของนิวตรอนและโปรตอน
ภายใต้สถานการณ์ส่วนใหญ่โปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสจะไม่ทับซ้อนกันแทนที่จะเคารพขอบเขตของกันและกัน - แม้ว่าพวกเขาจะเป็นเพียงระบบของควาร์กที่ถูกผูกไว้ แต่บางครั้งนิวเคลียสจะเชื่อมโยงเข้าด้วยกันภายในนิวเคลียสที่มีอยู่และเริ่มสั้น ๆ ซ้อนทับกันทางร่างกายซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "คู่ที่สัมพันธ์กัน" เมื่อใดก็ตามที่ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ของนิวเคลียสในนิวเคลียสซ้อนทับกันด้วยวิธีนี้
เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นพลังงานจำนวนมหาศาลจะไหลเข้ามาในควาร์กการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและพฤติกรรมที่ถูกผูกไว้โดยพื้นฐาน - ปรากฏการณ์ที่เกิดจากแรงที่แข็งแกร่ง- ในกระดาษที่เผยแพร่ 20 กุมภาพันธ์ในวารสารธรรมชาตินักวิจัยแย้งว่าการไหลของพลังงานนี้มีผลต่อเอฟเฟกต์ EMC อย่างแม่นยำ -แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค-
ทีมระเบิดนิวเคลียสหลายประเภทกับอิเล็กตรอนและพบความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างคู่นิวเคลียสเหล่านี้และเอฟเฟกต์ EMC
ข้อมูลของพวกเขาแนะนำอย่างยิ่งเฮนกล่าวว่าควาร์กในนิวเคลียสส่วนใหญ่จะไม่เปลี่ยนแปลงเลยเมื่อพวกเขาเข้าสู่นิวเคลียส แต่ไม่กี่คนที่เกี่ยวข้องกับคู่นิวคลีออนเปลี่ยนพฤติกรรมของพวกเขาอย่างมากจนพวกเขาเบ้เฉลี่ยผลลัพธ์ในการทดลองใด ๆ ที่ควาร์กหลายแห่งบรรจุลงในพื้นที่ขนาดเล็กทำให้เกิดผลกระทบที่แข็งแกร่งอย่างมาก เอฟเฟกต์ EMC เป็นผลมาจากความผิดปกติของชนกลุ่มน้อยแทนที่จะเปลี่ยนพฤติกรรมของโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมด
จากข้อมูลทีมได้รับฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายได้อย่างแม่นยำว่าเอฟเฟกต์ EMC ทำงานอย่างไรจากนิวเคลียสหนึ่งไปยังอีก
“ พวกเขา [ผู้เขียนบทความ] คาดการณ์และการคาดการณ์ของพวกเขาได้รับการยืนยันมากหรือน้อย” เจอรัลด์เฟลด์แมนนักฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยจอร์จวอชิงตันผู้เขียนข่าวและมุมมองประกอบบทความในประเด็นเดียวกันของธรรมชาติ แต่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัย
นั่นเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่าเอฟเฟกต์การจับคู่นี้เป็นคำตอบที่แท้จริงของ EMC Mystery Feldman บอกกับ Live Science
หลังจาก 35 ปีนักฟิสิกส์อนุภาคดูเหมือนจะแก้ไขปัญหานี้ด้วยวิธีแก้ปัญหาที่ไม่ดีมากเกินไป เฮนกล่าวว่าเขาและเพื่อนร่วมงานของเขามีการทดลองติดตามการวางแผนที่จะตรวจสอบปัญหานี้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นและเปิดเผยความจริงใหม่ที่ไม่รู้จักเกี่ยวกับพฤติกรรมของนิวเคลียสที่จับคู่ภายในอะตอม
- 7 ข้อเท็จจริงแปลก ๆ เกี่ยวกับควาร์ก
- นั่นคืออะไร? คำถามฟิสิกส์ของคุณตอบ
- ควาร์กแปลก ๆ และมูอนโอ้ฉัน! อนุภาคที่เล็กที่สุดของธรรมชาติผ่า
เผยแพร่ครั้งแรกเมื่อวิทยาศาสตร์สด-
