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原子核的复杂性超出想象。关于核子核子相互作用的研究,在过去十年,观念也在发生变化,这就是低能核物理作用和高能核物理作用都对核物理现象产生作用,这个基本观点和以前非常不同。低能核物理学作用指的是核子核子之间的作用,高能核物理作用指的是构成核子的夸克和胶子作用。
其实这是很显然的。如果质子和中子,是完全色禁闭的,彼此之间就不能有相互作用。即使是色禁闭,也会暂时的出现色不平衡的现象,这会诱导核子之外出现胶子,从而导致核子核子之间的相互作用。就和中性分子之间的相互作用一样。
当然原子核中的事情更加复杂。自由的核子,和原子核中的核子很显然是不一样的。这也被实验所确定。自由的核子,处于平常的真空中。原子核中的核子处于量子色动力学的真空中,周围是其他的核介质。核子的形成,是量子色动力学中夸克禁闭的结果。在不同的介质中,核子的大小和形状是不一样的。
这个效应被称为EMC效应。具体的原因很显然还不清楚,因为和夸克禁闭有关。而夸克禁闭的机制,我们还没有完全清楚。
这个效应是通过深度非弹性散射实验发现的。深度非弹性散射,都很清楚,会直接探测到核子内的夸克胶子成分,是发现渐进自由现象的实验基础。有意思的是,在不同的原子核中,探测核子内的夸克胶子成分是不一样的。一般来说,原子核的能量是MeV,而深度非弹性散射涉及的能量高一千倍,所以不应该发现区别。但是实际上,差别还是非常明显的。也就是说,形成原子核后的核子发生了能够在实验上明显的区分,整个原子核的形成,是与夸克胶子有关的(夸克禁闭,不是仅出现在核子尺度,而是整个原子核上,是一个整体效应),而不是仅仅核子之间的关联。夸克胶子和整个原子核是相关的。
原子核由质子和中子构成,质子和中子由夸克胶子构成。出现这样的事情,和量子色动力学相关,夸克通过胶子相互作用,但是距离越远作用越强,导致在某个低能尺度上出现了夸克禁闭。当形成核子之后,这些核子通过剩余的色作用彼此粘连在一起,形成原子核。所以核子的形成,和核子之间的作用是有关的。所以在尺度上,也就是在10的-15m到10的-17m的尺度,彼此都是相关的。
所以核子和形状和原子核的形状之间形成了关联。当然这种关联我们还不知道。自由的核子和原子核中的核子,形状如何变化,估么是一个非常难以测量的问题。但是从当下的实验情况来看,两者之间存在关联是必然的。当下的实验,正在往这个方向发展,已经有了许多重要的结果。
最近几年,我提出了SU3-IBM,是描述核结构的低能有效理论。也就是原子核的能量最低的行为。这个理论给出了两个非常不同于以往的结果。第一个就是在平均场的基础上,依然要考虑三体作用和四体作用。这个结论正在被大量的拟合工作所证实。结论简单,但是物理意义却非常有意思。这意味着,高能核作用对于原子核的低能行为产生了影响,甚至很大。(当下的核子核子实验还看不到这么大的影响)
也就是说核子形状的微小变化,导致了原子核的形状变化。虽然究竟是怎么做到的还不清楚,但是这非常有意思。这个结论实际上还不被当前的核子核子实验完全支持。但是SU3-IBM理论和实验的一致性,揭示了这个结果。
另外最重要的是,不但高阶项作用是必须的,而且还给出这些高阶作用具有SU(3)对称性,这就更加让人意外了。对于夸克胶子来说,似乎只有非阿贝尔规范的SU(3)对称性。但是说这个SU(3)对称性,就是非阿贝尔规范的SU(3)对称性,也太耸人听闻了。
关于核子核子相互作用的研究中,我没听说任何SU(3)对称性的事情。但是SU3-IBM的结论就在这里,除了对力作用,就是SU(3)对称性,实在是太诡异了。这的确是一个难以想象的悖论。但是不管如何,似乎存在一些联系,这可以帮助我们进一步来理解更多不可思议的现象。
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GMT+8, 2024-11-23 02:44
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