世界中的每个原子后边都藏着巨大的疑团两个科学家团队各执己见

放大字体  缩小字体 2020-01-03 17:32:36  阅读:1766 作者:责任编辑NO。邓安翔0215

没有人真实知道原子内部会发作什么。可是两个互相竞赛的科学家团队都以为他们现已弄清楚了。两边都在尽力证明自己的观念是正确的。

目前为止咱们确认的有关原子的常识如下:电子围绕着原子外壳中的“轨迹”旋转。然后有许多空的空间。在该空间的中心,有一个细小的原子核,它是密布的质子和中子的结合体,它使原子具有大部分质量。那些质子和中子集合在一起,被所谓的强力绑缚。这些质子和中子的数量决议了原子是铁仍是氧或氙,以及它是放射性的仍是安稳的。

可是没人知道那些质子和中子在原子内部的行为。在原子之外,质子和中子具有必定的巨细和形状。它们中的每一个都由三个称为夸克的小粒子组成,而且这些夸克之间的相互效果十分激烈,以至于没有外力能够使它们变形,乃至核中粒子之间的强壮力也不能使它变形。

可是几十年来,研讨人员现已知道该理论在某种程度上是过错的。试验标明,在原子核内部,质子和中子看上去比它们应有的要大得多。物理学家所以开展出两种相互竞赛的理论,企图解说来这种古怪的不匹配,而且每个理论的支撑者都以为对方的理论是过错的。可是两个阵营都赞同,不管正确答案是什么,都必须来自它们所知范畴之外。

自从20世纪40年代以来,物理学家就知道核子在核内的严密小轨迹中运动。核子的运动遭到约束,能量很少。由于遭到强壮力气的约束,它们不会四处弹跳。1983年欧洲核研讨安排(CERN)的物理学家留意到了一些古怪的工作:电子束从铁上反弹的方法与它们从自在质子上反弹的方法天壤之别。这个发现出人意料,由于假如氢内部的质子与铁内部的质子巨细相同,则电子应该以简直相同的方法反弹。

起先研讨人员不明白这种发现是怎么回事。可是跟着时刻的消逝,科学家开端信任这是一个规划问题。由于某种原因,重原子核内部的质子和中子的效果好像要比核外时大得多。在欧洲介子协作安排偶尔发现这种现象之后,将此现象称为EMC效应。它违反了现有的核物理理论。

麻省理工学院的核物理学家奥尔昂有一个主意,或许能够潜在地解说正在发作的工作。他说,夸克是构成核子的亚原子粒子,在给定的质子或中子之间激烈相互效果,而在不同质子和中子之间的夸克互相之间的相互效果不大。一个核子内部的强壮力是如此之强,以至于让核子对其他核子的强壮效果力显得微乎其微。

奥尔昂打了个比方,幻想一下,您坐在房间里与两个朋友谈天,窗户是关上的。房间里的三个主角是一个中子或质子内部的三个夸克。和风在外面吹,和风是将质子或中子保持在窗口“外面”的邻近核子的力。奥尔昂说,即便有一点从封闭的窗户上溜进去,也简直不或许影响到里边。

只需核子逗留在其轨迹上,状况便是如此。可是最近的试验标明,在任何给定时刻,核中大约20%的核子实际上不在其轨迹范围内。相反它们与其他核子配对,以短程相关性中相互效果。在着种状况下,核子之间的相互效果能量要比一般的能量高得多。那是由于夸克拆穿了它们各自的核子的壁并开端直接相互效果,而这些夸克与夸克间的相互效果比核子与核子的相互效果要强壮得多。

这些相互效果打破了在单个质子或中子内部别离夸克的壁。组成一个质子的夸克和组成另一个质子的夸克开端占有相同的空间。这会使质子或中子扩展和含糊。虽然时刻很短,它们却长得很大。所以歪曲了核心中整个行列的均匀巨细,产生了电磁兼容EMC效应。

现在大多数物理学家都承受这种对EMC效应的解说。可是并非所有人都以为奥尔昂的研讨小组处理了这样的一个问题。伊利诺伊州阿贡国家试验室的核物理学家伊恩·克洛特标明,他以为Hen的研讨得出的定论,从数据上来说不能彻底支撑。电磁兼容性的影响仍未处理,是由于核物理的根本模型现已考虑奥尔昂所描绘的许多短程配对。可是假如你运用该模型测验调查EMC效应,你将不能描绘EMC效应。运用该结构无法成功解说EMC效应。

因而伊恩·克洛特以为这依然有一个谜。很明显,传统的核物理模型无法解说这种电磁兼容效应。他和一部分科学家的观念以为现在解说必定来自QCD自身。QCD代表量子色动力学,这是操控夸克行为的规矩体系。从核物理学转换为QCD有点像两次看同一张图片:一次是出现在第一代翻盖手机上,代表核物理;然后出现是在高分辨率电视上,代表量子色动力学。高分辨率电视供给了更多细节,但构建起来却杂乱得多。

问题是,描绘原子核中所有夸克的完好QCD方程太难求解,科学家估量现代超级计算机假如想要离完结这项使命,需求变得足够快,或许还要100年时刻开展。使当今超级计算机的速度足够快,方程式也没有开展到能够将它们刺进计算机的境地。虽然如此,科学家依然可通过QCD协作来答复一些问题。现在这些答案为EMC效应供给了另一种解说:核均匀场理论。

他不赞同原子核中20%的核子以短程相关性绑缚在一起。克洛特标明,试验仅仅不能证明这一点。这个主意存在理论上的问题,咱们应该一个不同的模型。克洛埃特解说说:我所看到的画面是,咱们我们都知道在原子核内部有这些十分强壮的核力气,这些有点像电磁场,除了它们是强力场。磁场以极小的间隔效果运转,以至于它们在原子核外部的起伏能够忽略不计,但在原子核内部却很强壮。

在克洛特的模型中,均匀场实际上使质子,中子和介子的内部结构变形。 就像把一个原子放在一个强磁场里相同,会改动那个原子的内部结构。换句话说,均场理论家以为,奥尔昂所描绘的密闭房间的墙面上有孔,风正在吹过,敲开夸克,将它们扩展。

克罗特供认,短程相关性或许解说了EMC效应的一部分,而奥尔昂标明均值场也或许发挥了效果。问题是,哪一个占主导地位?现在试验依据的权重标明,奥尔昂的观念更好。奥尔昂和克洛特都标明未来几年的新的试验的成果或许处理这样的一个问题。

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