物理学家刚刚解决了隐藏在原子核心内的35年之久的神秘面纱

这是科学家自1983年以来所知道的一个神秘事实：质子和中子在原子内部时的作用不同，而在空间中自由漂浮。具体而言，构成质子和中子的亚原子粒子(称为夸克)一旦被限制在原子核中，就会大量减速。

物理学家真的不喜欢这样，因为中子是中子，无论它们是否在原子内部。质子是质子。两个质子和中子(它们共同组成类称为“核子”颗粒)由三个较小的颗粒，称为夸克，通过结合在一起的强大力量。

研究报告的共同作者，麻省理工学院的物理学家Or Hen说：“当你把夸克放入细胞核时，它们会开始变慢，这很奇怪。” 这很奇怪，因为夸克之间的强大相互作用主要决定了它们的速度，而结合核的力(以及作用于核内的夸克)的力量应该是非常弱的，Hen补充说。

并且没有其他已知的力量应该如此强烈地改变原子核中夸克的行为。然而，效果仍然存在：粒子物理学家将其称为EMC效应，以发现它的欧洲Muon Collaboration命名。直到最近，科学家还不确定是什么原因造成的。

核中的两个粒子通常通过约800万电子伏特(8MeV)的力拉在一起，这是粒子中能量的量度。质子或中子中的夸克约束在1000 MeV之上。Hen告诉Live Science ，因此核的相对温和的相互作用正在极大地影响夸克内部的强大相互作用是没有意义的。

“1000旁边的八点是什么?” 他说。

但是，EMC的效果看起来并不像外界的轻微推动。虽然它从一种核心到另一种核心不等，但它不是半个百分点。一旦你有足够的创造性来设计一个实验来寻找它，效果就会从数据中弹出，“Hen说。

取决于所涉及的核，核子的表观尺寸(其速度的函数)可以改变10%至20%。例如，在金核中，质子和中子比它们自由漂浮时小20%。

Hen说，理论家提出了许多不同的模型来解释这里发生的事情。

“我的一位朋友开玩笑称，EMC代表'每个人的模特都很酷'，因为每个模特似乎都可以解释它，”他说。

但随着时间的推移，物理学家做了更多的实验，测试了那些不同的模型，并且一个接一个地掉了下来。

“没有人可以解释所有的数据，我们留下了一个大难题。我们现在有很多数据，测量夸克如何在各种不同的原子核内移动，我们无法解释发生了什么，“ 他说。

Hen和他的同事决定只研究一个中子和质子相互作用的特殊情况，而不是试图一下子解释所有的谜题。

在大多数情况下，原子核中的质子和中子不会相互重叠，而是相互尊重彼此的边界 - 即使它们实际上只是束缚夸克的系统。但有时，核子在现有核内连接在一起，并开始短暂地，彼此物理重叠，成为科学家所谓的“相关对”。在任何时刻，核中大约20%的核子以这种方式重叠。

当这种情况发生时，巨大的能量在夸克之间流动，从根本上改变它们的束缚结构和行为 - 这是一种由强大的力量引起的现​​象。在2月20日发表在“自然 ” 杂志上的一篇论文中，研究人员认为，这种能量流恰好说明了EMC的影响。

该团队用电子轰击了许多不同类型的原子核，并发现这些核子对与EMC效应之间存在直接关系。

Hen说，他们的数据强烈表明，大多数核子中的夸克在进入原子核时根本不会发生变化。但是那些参与核子对的少数人会如此戏剧性地改变他们的行为，以至于他们在任何实验中都会扭曲平均结果。许多夸克挤进这么小的空间会产生一些强烈的力量效应。EMC效应只是少数异常的结果，而不是所有质子和中子行为的变化。

根据数据，该团队得出了一个数学函数，可以准确地描述EMC效应从一个核到另一个核的行为。

“他们[论文的作者]作出了预测，他们的预测或多或少地得到了证实，”乔治华盛顿大学的物理学家杰拉尔德费尔德曼说，他在同一期“自然”杂志中写了一篇随附的新闻与观点文章，但却没有参与研究。

费尔德曼告诉Live Science，这有力证明这种配对效应是EMC神秘的真正答案。

35年后，粒子物理学家似乎用太多不好的解决方案解决了这个问题。Hen说，他和他的同事已经有计划进行后续实验，以更深入地探讨这个问题，并揭示关于原子内成对核子行为的新未知真相。