原子内部充满了令人费解的细节。被称为夸克的基本粒子一旦被很多的质子和中子招引就会变得愚钝——按道理,它们本不应该这样。

几十年来,物理学家们一直在寻觅上述现象的成因,但一直一无所得。现在,经过对旧数据从头进行详尽的发掘和剖析,总算找到了头绪。

巨大的CLAS Collaboration物理学家团队(在检验CEBAF大型光谱仪之后),最近在杰斐逊试验室的接连电子束加快器上验校了从前试验所搜集的数据。

他们的方针是找到一个合理的解说,即为什么构成质子和中子的基本单位——夸克——在质量大的原子内动量较小。

欧洲介子研讨协作安排在20世纪80年代初初次注意到这一现象,他们发现,核子在与铁元素等大原子结合时的行为方法,和与氢原子结合时存在差异。

随后,人们发现原子越大,它们内部的夸克运动的就越慢。该现象后来被称为EMC效应。

夸克具有适当高的能级,即使被束缚成三重态以构成质子或中子,核子内部的夸克和游离在核子(不是原子核)外的自在夸克,不应该呈现什么差异。

“现在有两种首要模型,”杰斐逊试验室的核物理学家Douglas Higinbotham说,“一是一起修正核中的一切质子和中子[以及构成它们的夸克]的描绘理论。”

另一种是引进某种短程联系,当不同的夸克间隔足够近时,它们开端相互效果。

“在这个模型下,许多质子和中子体现得如同处于自在状况,而其他质子和中子则参加短程效果。”Higinbotham说。

经过剖析以往的碳、铝、铅和铁原子内质子和中子的电子散射数据,研讨人员能够提取出描绘EMC效应的特征。

“现在咱们发现了中子—质子短程相关组,咱们信任它能够解说EMC效应,”美国石溪大学的研讨员、物理学家Barak Schmookler说。

这支撑了第二种模型,即只在某些情况下,夸克才会变得奇怪,如当质子和中子比平常靠得更严密时。

而在呈现短程效果时,不同核子间夸克乃至能够交流,夸克的运动规模——称之为禁锢空间——变相增大。当原子具有较高的原子量,或者说较多的质子和中子(总称核子)时,中子—质子短程相关组的数目更多,总的约束空间的体积更大。

类似于量子力学的不确定性原理(Uncertainty principle),你不可能一起知道一个粒子的方位和它的速度。当约束空间缩短时,粒子能够挑选的“落点”变少,方位上的不确定度下降,动量上的不确定度添加——麻省理工学院核科学试验室的博士后Axel Schmidt说:“在量子力学中,你添加了粒子约束空间的体积,粒子的速度就会变慢。收紧空间,它会加快。这是众所周知的现实。”上面两个阶段里的解说性内容参阅了百科上的EMC效应

这个通用函数奇妙地解说了一个继续了35年之久的疑团,这也意味着咱们应当扔掉旧有的观念——关于大原子内部的夸克,呈现动量丢失才是它们的基本特征。

尽管如此,现在还不能彻底翻过这一页。杰斐逊试验室的后续试验将供给更多的细节。

但是,就现在而言,它是对EMC效应的一个适当令人信服的解说,而且又为核物理理论增添了一点点技术细节。

这项研讨宣布在Nature上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 根据创造共用协议(BY-NC)发布。