這是科學(xué)家自1983年以來所知道的一個神秘事實：質(zhì)子和中子在原子內(nèi)部時的作用不同，而在空間中自由漂浮。具體而言，構(gòu)成質(zhì)子和中子的亞原子粒子(稱為夸克)一旦被限制在原子核中，就會大量減速。

物理學(xué)家真的不喜歡這樣，因為中子是中子，無論它們是否在原子內(nèi)部。質(zhì)子是質(zhì)子。兩個質(zhì)子和中子(它們共同組成類稱為“核子”顆粒)由三個較小的顆粒，稱為夸克，通過結(jié)合在一起的強(qiáng)大力量。

研究報告的共同作者，麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家Or Hen說：“當(dāng)你把夸克放入細(xì)胞核時，它們會開始變慢，這很奇怪。” 這很奇怪，因為夸克之間的強(qiáng)大相互作用主要決定了它們的速度，而結(jié)合核的力(以及作用于核內(nèi)的夸克)的力量應(yīng)該是非常弱的，Hen補(bǔ)充說。

并且沒有其他已知的力量應(yīng)該如此強(qiáng)烈地改變原子核中夸克的行為。然而，效果仍然存在：粒子物理學(xué)家將其稱為EMC效應(yīng)，以發(fā)現(xiàn)它的歐洲Muon Collaboration命名。直到最近，科學(xué)家還不確定是什么原因造成的。

核中的兩個粒子通常通過約800萬電子伏特(8MeV)的力拉在一起，這是粒子中能量的量度。質(zhì)子或中子中的夸克約束在1000 MeV之上。Hen告訴Live Science ，因此核的相對溫和的相互作用正在極大地影響夸克內(nèi)部的強(qiáng)大相互作用是沒有意義的。

“1000旁邊的八點(diǎn)是什么?” 他說。

但是，EMC的效果看起來并不像外界的輕微推動。雖然它從一種核心到另一種核心不等，但它不是半個百分點(diǎn)。一旦你有足夠的創(chuàng)造性來設(shè)計一個實驗來尋找它，效果就會從數(shù)據(jù)中彈出，“Hen說。

取決于所涉及的核，核子的表觀尺寸(其速度的函數(shù))可以改變10%至20%。例如，在金核中，質(zhì)子和中子比它們自由漂浮時小20%。

Hen說，理論家提出了許多不同的模型來解釋這里發(fā)生的事情。

“我的一位朋友開玩笑稱，EMC代表'每個人的模特都很酷'，因為每個模特似乎都可以解釋它，”他說。

但隨著時間的推移，物理學(xué)家做了更多的實驗，測試了那些不同的模型，并且一個接一個地掉了下來。

“沒有人可以解釋所有的數(shù)據(jù)，我們留下了一個大難題。我們現(xiàn)在有很多數(shù)據(jù)，測量夸克如何在各種不同的原子核內(nèi)移動，我們無法解釋發(fā)生了什么，“ 他說。

Hen和他的同事決定只研究一個中子和質(zhì)子相互作用的特殊情況，而不是試圖一下子解釋所有的謎題。

在大多數(shù)情況下，原子核中的質(zhì)子和中子不會相互重疊，而是相互尊重彼此的邊界 - 即使它們實際上只是束縛夸克的系統(tǒng)。但有時，核子在現(xiàn)有核內(nèi)連接在一起，并開始短暫地，彼此物理重疊，成為科學(xué)家所謂的“相關(guān)對”。在任何時刻，核中大約20%的核子以這種方式重疊。

當(dāng)這種情況發(fā)生時，巨大的能量在夸克之間流動，從根本上改變它們的束縛結(jié)構(gòu)和行為 - 這是一種由強(qiáng)大的力量引起的現(xiàn)??象。在2月20日發(fā)表在“自然 ” 雜志上的一篇論文中，研究人員認(rèn)為，這種能量流恰好說明了EMC的影響。

該團(tuán)隊用電子轟擊了許多不同類型的原子核，并發(fā)現(xiàn)這些核子對與EMC效應(yīng)之間存在直接關(guān)系。

Hen說，他們的數(shù)據(jù)強(qiáng)烈表明，大多數(shù)核子中的夸克在進(jìn)入原子核時根本不會發(fā)生變化。但是那些參與核子對的少數(shù)人會如此戲劇性地改變他們的行為，以至于他們在任何實驗中都會扭曲平均結(jié)果。許多夸克擠進(jìn)這么小的空間會產(chǎn)生一些強(qiáng)烈的力量效應(yīng)。EMC效應(yīng)只是少數(shù)異常的結(jié)果，而不是所有質(zhì)子和中子行為的變化。

根據(jù)數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊得出了一個數(shù)學(xué)函數(shù)，可以準(zhǔn)確地描述EMC效應(yīng)從一個核到另一個核的行為。

“他們[論文的作者]作出了預(yù)測，他們的預(yù)測或多或少地得到了證實，”喬治華盛頓大學(xué)的物理學(xué)家杰拉爾德費(fèi)爾德曼說，他在同一期“自然”雜志中寫了一篇隨附的新聞與觀點(diǎn)文章，但卻沒有參與研究。

費(fèi)爾德曼告訴Live Science，這有力證明這種配對效應(yīng)是EMC神秘的真正答案。

35年后，粒子物理學(xué)家似乎用太多不好的解決方案解決了這個問題。Hen說，他和他的同事已經(jīng)有計劃進(jìn)行后續(xù)實驗，以更深入地探討這個問題，并揭示關(guān)于原子內(nèi)成對核子行為的新未知真相。