
没有人真的知道里面会发生什么原子。但是两个竞争的科学家认为他们已经弄清楚了。两者都在竞争,以证明自己的愿景是正确的。
这是我们肯定知道的:电子在原子外壳中的“轨道”周围。然后有很多空的空间。然后,就在那个空间的中心,有一个微小的核 - 质子和中子的密集结,使原子大部分质量赋予。那些质子和中子聚集在一起,受所谓的束缚强力。这些质子和中子的数量决定了原子是否为铁或者氧或者氙,以及是放射性还是稳定。
尽管如此,没有人知道那些质子和中子(称为核子)在原子中的表现如何。在原子之外,质子和中子具有明确的大小和形状。它们每个人都由称为夸克的三个较小的颗粒组成,这些夸克之间的相互作用非常强,以至于没有外力能够使它们变形,甚至没有核中粒子之间的强大力。但是几十年来,研究人员知道该理论在某种程度上是错误的。实验表明,在核内,质子和中子看起来比应有的要大得多。物理学家已经开发了两种相互竞争的理论,试图解释怪异的不匹配,每个人的支持者都确定另一个是不正确的。但是,两个营地都同意,无论正确的答案是什么,它都必须来自他们超越自己的领域。
有关的:物理学中最大的未解决的奥秘
华盛顿大学的核物理学家杰拉尔德·米勒(Gerald Miller)告诉《现场科学》,至少从1940年代开始,物理学家就知道细胞核在细胞核内的紧密轨道移动。核子限制在动作中的核子几乎没有能量。他们不会在强大力量的束缚中弹跳太多。
米勒说,1983年,欧洲核研究组织(CERN)的物理学家注意到了一些奇怪的东西:电子束从铁中反弹,与他们反弹的自由质子有很大不同,米勒说。那是出乎意料的;如果氢中的质子大小与铁中的质子相同,则电子应以几乎相同的方式弹跳。
起初,研究人员不知道他们在看什么。
但是随着时间的流逝,科学家们认为这是一个大小问题。由于某种原因,重核中的质子和中子的作用似乎比在核外面时大得多。研究人员称这种现象为EMC效应,在欧洲MUON合作之后 - 不小心发现了这一现象。它违反了现有的核物理理论。
或者,MIT的核物理学家Hen的想法有可能解释发生了什么。
而夸克,亚原子颗粒他说,构成核子,在给定的质子或中子内强烈相互作用,不同质子和中子中的夸克彼此之间的相互作用不大。核子内部的强力是如此强大,以至于将坚固的力固定在其他核子上。
亨说:“想象一下坐在你的房间里和你的两个朋友聊天,窗户关闭了。”
房间中的三重奏是中子或质子内的三个夸克。
他说:“轻风在外面吹来。”
微风是将质子或中子固定在窗户“外部”附近的核子上的力。 Hen说,即使在封闭的窗户上偷偷摸摸,也不会影响您。
只要核子留在轨道中,就是这样。但是,他说,最近的实验表明,在任何给定时间,核中约有20%的核子实际上都超出了轨道之外。取而代之的是,它们与其他核子配对,在“短距离相关性”中相互作用。他说,在这种情况下,核子之间的相互作用比平常更高。那是因为夸克在单个核子的壁上戳了并开始直接相互作用,而这些夸克夸克相互作用比核子核子的相互作用更强大。
亨特说,这些相互作用破坏了将夸克分隔在单个质子或中子内的墙壁。组成一个质子的夸克,夸克组成另一个质子开始占据相同的空间。 Hen说,这会导致质子(或可能是中性子)伸展和模糊。他们的成长很短,尽管很短。这扭曲了核中整个队列的平均大小 - 产生EMC效应。
Hen说,大多数物理学家现在接受这种对EMC效应的解释。米勒(Miller)与Hen进行了一些重要的研究,他们同意。
但是,并非所有人都认为母鸡的小组解决了问题。伊利诺伊州Argonne国家实验室的核物理学家伊恩·克洛特(IanCloët)说,他认为母鸡的工作得出了结论,即数据不能完全支持。
克洛特告诉《现场科学》:“我认为EMC效应仍未解决。”这是因为核物理学的基本模型已经解释了许多短距离配对的描述。但是,“如果您使用该模型尝试查看EMC效应,您将不会描述EMC效应。没有成功使用该框架对EMC效应进行成功的解释。因此,我认为仍然存在一个谜。”
他说,亨和他的合作者正在做“英勇”和“非常好的科学”的实验性工作。但这并不能完全解决原子核的问题。
他说:“很明显,传统的核物理模型……无法解释这种EMC效应。” “我们现在认为解释必须来自QCD本身。”
QCD代表量子染色体动力学 - 控制夸克行为的规则制度。从核物理学转移到QCD有点像看同一图片两次:一次在第一代翻盖手机上 - 这是核物理学 - 然后在高分辨率电视上再次使用 - 这就是量子染色体动力学。高分辨率电视提供了更多的细节,但构建要复杂得多。
问题是,描述核中所有夸克的完整QCD方程太难解决了。 Cloët估计,现代超级计算机距离足够快100年了。他说,即使超级计算机今天足够快,方程式也没有将它们插入计算机的地步。
他说,尽管如此,还是有可能与QCD一起回答一些问题。他说,目前,这些答案对EMC效应提供了不同的解释:核均值场理论。
他不同意核中20%的核子在短距离相关性中结合。他说,实验并不能证明这一点。这个想法存在理论上的问题。
他说,这表明我们需要一个不同的模型。
克洛特说:“我所拥有的图片是,我们知道核心内部是这些非常强大的核力量。”这些有点像电磁场,除了它们是强大的力场。”
这些田地的运行距离很小,以至于它们在细胞核外面忽略不计,但内部功能强大。
在克洛特(Cloët典当(一种强力载体粒子)。
“就像您拿起原子并将其放入强度一样磁场,您将改变该原子的内部结构。”
换句话说,卑鄙的场理论家认为,所描述的密封房间的墙壁上有孔的孔,风正在吹来敲击夸克,将它们伸出来。
克洛特(Cloët)承认,可能的短期相关性可能解释了EMC效应的某些部分,而Hen表示平均田地也可能发挥作用。
克洛特说:“问题是,这是主导的。”
米勒(Miller)也与克洛特(Cloët)进行了广泛的合作,他说,平均领域的优势是从理论上讲更为良好。他说,但是克洛特尚未完成所有必要的计算。
目前,实验证据的重量表明,亨具有更好的论点。
Hen andCloët都表示,未来几年实验的结果可以解决这个问题。 Hen引用了弗吉尼亚州杰斐逊国家加速器设施正在进行的实验,该实验将咬一点地将核子靠近,并允许研究人员观看它们的变化。克洛特说,他希望看到一个“极化的EMC实验”,该实验将根据所涉及的质子的自旋(量子性状)打破效果。他说,这可能揭示了可能有助于计算的效果的看不见的细节。
这三位研究人员都强调辩论是友好的。
米勒说:“这很棒,因为这意味着我们仍在取得进步。” “最终,教科书和球游戏结束了。……有两个相互竞争的想法意味着这是令人兴奋和充满活力的事实。现在,我们最终拥有解决这些问题的实验工具。”
最初出版现场科学。