麻省理工推薦,原子核內部未解之謎:沒人知道它發生了什麼

沒有人知道原子內部發生了什麼。

我們可以肯定的是：電子繞著原子外層一大片空白區域的「軌道」旋轉。在那個區域的中心，有一個很小的原子核，一個密集的質子和中子的結合體，它給了原子大部分的質量。這些質子和中子被所謂的強力束縛而聚集在一起。質子的數量決定了原子是哪種元素，中子的數量它是放射性的還是穩定的。

然而，沒有人知道這些質子和中子（統稱為核子）在原子內部的行為。它們中的每一個都由三個稱為夸克的較小粒子組成，這些夸克之間的相互作用是如此強烈，以至於沒有外力能夠使它們分開，甚至原子核中粒子之間的強大作用力也不能。但是幾十年來，研究人員已經知道這個理論在某種程度上是錯誤的。實驗表明，在一個原子核內，質子和中子看起來比它們在原子核外大得多。物理學家們已經發展出一種理論，試圖解釋這種奇怪的不匹配現象。

至少從20世紀40年代開始，物理學家就知道核子在核內以緊密的小軌道運動。由於受到強力的限制，它們不會四處彈跳，幾乎沒有能量。1983年，歐洲核子研究中心(CERN)的物理學家注意到一個奇怪的現象：電子束從鐵上反彈的方式與它們從自由質子上反彈的方式非常不同。這是出乎意料的，如果氫裡面的質子和鐵裡面的質子一樣大，電子應該會以同樣的方式反彈。

隨著時間的推移，科學家們開始相信這是一個尺寸問題。由於某種原因，重原子核內的質子和中子看起來比原子核外的要大得多。研究人員將這一現象稱為電磁兼容效應(EMC效應)，是由歐洲介子合作組織(European Muon Collaboration)偶然發現的。它違反了現有的核物理理論。

可能的解釋

麻省理工學院的核物理學家，有一個想法可以解釋正在發生的事情。

夸克是構成核子的亞原子粒子，它們在質子或中子內部發生強烈的相互作用，而不同質子（中子）之間的夸克的相互作用就顯得比較小。也就是說核子內部的強作用力是如此之強，以致於使核子與其他核子結合的強作用力相形失色。

只要核子還在軌道上，情況就是這樣。然而，最近的實驗表明，在任何給定的時間，原子核中大約20%的核子實際上在它們的軌道之外。它們與其他核子配對，在「短程關聯」中相互作用。在這種情況下，核子之間的相互作用比通常的能量要高得多。這是因為夸克穿過它們各自的核子的壁開始直接相互作用，而這些夸克-夸克相互作用比核子-核子相互作用強大得多。

這些相互作用打破了夸克在單個質子或中子內部的隔離牆，組成一個質子的夸克和組成另一個質子的夸克開始佔據相同的空間，這導致質子或中子的拉伸和模糊。這就扭曲了整個核群的平均大小，產生了電磁兼容效應。