นี่คือความจริงลึกลับที่นักวิทยาศาสตร์รู้จักมาตั้งแต่ปี 2526: โปรตรอนและนิวตรอนทำหน้าที่แตกต่างกันเมื่ออยู่ในอะตอมแทนที่จะลอยผ่านอวกาศอย่างอิสระ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคย่อยของอะตอมที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนที่เรียกว่าควาร์กจะชะลอตัวลงอย่างหนาแน่นเมื่อถูกกักตัวไว้ที่นิวเคลียสในอะตอม
นักฟิสิกส์ไม่ชอบสิ่งนี้เพราะนิวตรอนเป็นนิวตรอนไม่ว่าพวกเขาจะอยู่ในอะตอมหรือไม่ และโปรตอนคือโปรตอน ทั้งโปรตอนและนิวตรอน (ซึ่งรวมกันเป็นชั้นของอนุภาคที่เรียกว่า "นิวคลีออน") ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กสามตัวที่เรียกว่าควาร์กซึ่งรวมกันโดยแรง
"เมื่อคุณใส่ควาร์กเข้าไปในนิวเคลียสพวกมันจะเริ่มเคลื่อนที่ช้าลงและมันก็แปลกมาก" ออนเฮนนักเขียนร่วมจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์กล่าว มันแปลกเพราะการโต้ตอบที่ทรงพลังระหว่างควาร์กเป็นตัวกำหนดความเร็วของพวกมันส่วนในขณะที่แรงที่ผูกนิวเคลียส (และยังทำปฏิกิริยากับควาร์กภายในนิวเคลียส) นั้นอ่อนแอมากไก่กล่าวเสริม
และไม่มีแรงรู้อื่นที่ควรปรับเปลี่ยนพฤติกรรมของควาร์กในนิวเคลียสอย่างเข้มข้น แต่ผลยังคงอยู่: นักฟิสิกส์ของอนุภาคเรียกมันว่าผลกระทบของ EMC ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตาม European Muon Collaboration ซึ่งเป็นกลุ่มที่ค้นพบมัน และเมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่าเกิดจากอะไร
โดยทั่วไปแล้วสองอนุภาคในนิวเคลียสจะถูกดึงเข้าด้วยกันด้วยแรงประมาณ 8 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (8 MeV) ซึ่งเป็นการวัดพลังงานในอนุภาค ควาร์กในโปรตอนหรือนิวตรอนถูกรวมเข้าด้วยกันประมาณ 1,000 MeV ดังนั้นจึงไม่มีความรู้สึกว่าปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรงของนิวเคลียสนั้นมีผลกระทบอย่างมากต่อปฏิกิริยาที่ทรงพลังภายในควาร์กไก่กล่าวกับ Live Science
"แปดต่อจาก 1,000 คืออะไร" เขาพูดว่า.
แต่เอฟเฟกต์ EMC นั้นดูไม่เหมือนแรงสะเพร่าจากแรงภายนอก แม้ว่ามันจะแตกต่างกันไปจากนิวเคลียสหนึ่งไปสู่อีกขั้วหนึ่ง“ มันไม่เหมือนครึ่งเปอร์เซ็นต์เลยทีเดียวเอฟเฟกต์จะโผล่ออกมาจากข้อมูลเมื่อคุณมีความคิดสร้างสรรค์มากพอที่จะออกแบบการทดลองเพื่อมองหามัน” ไก่กล่าว
ขนาดนิวเคลียสที่ชัดเจน (ซึ่งเป็นหน้าที่ของความเร็ว) ขึ้นอยู่กับนิวเคลียสที่เกี่ยวข้องนั้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่นในนิวเคลียสทองโปรตอนและนิวตรอนมีขนาดเล็กกว่า 20 เปอร์เซ็นต์เมื่อพวกมันลอยอย่างอิสระ
นักทฤษฎีได้สร้างแบบจำลองมากมายเพื่ออธิบายว่าเกิดอะไรขึ้นที่นี่ไก่กล่าว
“ เพื่อนของฉันพูดติดตลกว่าอีเอ็มซียืนหยัดเพื่อ 'โมเดลทุกคนเจ๋ง' เพราะทุกรุ่นดูเหมือนจะอธิบายได้ "เขากล่าว
แต่เมื่อเวลาผ่านไปนักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองเพิ่มเติมทดสอบรูปแบบที่แตกต่างกันเหล่านั้น
"ไม่มีใครสามารถอธิบายข้อมูลทั้งหมดได้และเราถูกทิ้งให้อยู่กับตัวต่อใหญ่เรามีข้อมูลจำนวนมากในตอนนี้การวัดว่าควาร์กเคลื่อนที่อย่างไรในนิวเคลียสที่แตกต่างกันทุกชนิดและเราไม่สามารถอธิบายได้ว่าเกิดอะไรขึ้น ," เขาพูดว่า.
แทนที่จะพยายามอธิบายปริศนาทั้งหมดในครั้งเดียว Hen และเพื่อนร่วมงานของเขาตัดสินใจที่จะดูกรณีพิเศษเพียงหนึ่งเดียวของการมีปฏิสัมพันธ์ของนิวตรอนและโปรตอน
ภายใต้สถานการณ์ส่วนใหญ่โปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสจะไม่ทับซ้อนกันแทนที่จะเคารพขอบเขตของกันและกัน - แม้ว่าพวกเขาจะเป็นเพียงระบบควาร์กที่ถูกผูกไว้ แต่บางครั้งนิวเคลียสจะเชื่อมโยงเข้าด้วยกันภายในนิวเคลียสที่มีอยู่และเริ่มทับซ้อนกันทางกายภาพโดยสังเขปกลายเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า“ คู่ที่สัมพันธ์กัน” ไม่ว่าช่วงเวลาใดประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ของนิวเคลียสในนิวเคลียสจะทับซ้อนกันในลักษณะนี้
เมื่อเกิดเหตุการณ์เช่นนี้พลังงานจำนวนมหาศาลไหลเวียนอยู่ในหมู่ควาร์กทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและพฤติกรรมที่ถูก จำกัด โดยพื้นฐาน - ปรากฏการณ์ที่เกิดจากแรงที่แข็งแกร่ง ในบทความที่ตีพิมพ์ในวันที่ 20 กุมภาพันธ์ในวารสาร Nature นักวิจัยได้แย้งว่าพลังงานนี้ไหลอย่างแม่นยำเพื่อผลกระทบ EMC
ทีมถล่มนิวเคลียสประเภทต่าง ๆ มากมายด้วยอิเล็กตรอนและพบความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างนิวคลีออนคู่กับผลกระทบของอีเอ็มซี
ข้อมูลของพวกเขาแนะนำอย่างยิ่งไก่พูดว่าควาร์กในนิวเคลียสส่วนใหญ่จะไม่เปลี่ยนแปลงเลยเมื่อพวกเขาเข้าสู่นิวเคลียส แต่ผู้ที่เกี่ยวข้องไม่กี่คนในคู่นิวคลีออนจะเปลี่ยนพฤติกรรมของพวกเขาอย่างมากจนพวกมันบิดเบือนผลลัพธ์โดยเฉลี่ยในการทดลองใด ๆ ควาร์กจำนวนมากที่บรรจุอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็กทำให้เกิดเอฟเฟกต์แรงอย่างมาก ผลกระทบ EMC นั้นเป็นผลมาจากความผิดปกติเพียงส่วนน้อยแทนที่จะเปลี่ยนพฤติกรรมของโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมด
จากข้อมูลทีมได้รับฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายถึงลักษณะการทำงานของอีเอ็มซีอย่างแม่นยำจากนิวเคลียสหนึ่งไปยังนิวเคลียสถัดไป
“ พวกเขาทำการทำนายและการทำนายของพวกเขาได้รับการยืนยันมากขึ้นหรือน้อยลง” เจอรัลด์เฟลด์แมนนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยจอร์จวอชิงตันกล่าว
นั่นเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่าเอฟเฟกต์การจับคู่นี้เป็นคำตอบที่แท้จริงของปริศนา EMC เฟลด์แมนกล่าวกับ Live Science
หลังจาก 35 ปีนักฟิสิกส์อนุภาคดูเหมือนจะแก้ปัญหานี้ได้ด้วยการแก้ปัญหาที่ไม่ดีนัก ไก่กล่าวว่าเขาและเพื่อนร่วมงานของเขามีการทดลองติดตามเพื่อวางแผนการสอบสวนปัญหาอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นและเปิดเผยความจริงที่ไม่รู้จักใหม่เกี่ยวกับพฤติกรรมของนิวเคลียสที่จับคู่ภายในอะตอม
