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在量子色动力学发现之前,原子核中核子之间作用力的理解主要是基于核子之间的介子传递,最早期的π介子是由日本物理学家汤川秀树于1935年提出的。等量子色动力学发现之后,可能更早些,夸克的概念提出之后,质子和中子就已经是复合的粒子了。由于强作用,这两个粒子里面充满了价夸克、胶子和海夸克,感觉就是个面团。
所以核子之间的相互作用,是可以用夸克和胶子来解释的。没有观察到单独的色态,意味着观察到的强作用粒子是色单态的。虽然可以猜出这个结果,但是具体的原因我们至今不清楚。因为在低能下,夸克之间的作用是非常强的,算不出来。
所以低能的时候究竟发生了什么,其实不是完全清楚。都是根据实验的结果,一点点猜出来的。在讨论原子核的问题的时候,以前的观点就是把核子看成是没有颜色的,而核子之间的相互作用是通过介子传递的,介子也是没有颜色的。介子的存在是手征对称性自发破缺的结果。
但是不管是核子还是介子都是没有颜色的色单态,毫无疑问是让人怀疑的。起码在两个核子很近的时候,两个充满各种颜色的面团碰到一起,怎么可能没有夸克和胶子的交换呢?
而且介子是两个夸克的色单态,色禁闭强到单个夸克和胶子都不能传递了么?
也就是说以前的理解是一种强的色禁闭的观点。原子核里边的核子和介子都是色单态的。
EMC效应的发现,证实了原子核中的核子的夸克胶子分布和自由的核子的情况不一样。这放飞了研究者的想象力。原子核中的核子的夸克动量减少了,说明夸克运动的空间变大了。但是究竟具体发生了什么就不清楚了,各种猜测。
可能原子核中的核子变大了,但是夸克依然禁闭在核子内。也可能不同的核子之间可以传递夸克和胶子。各种理论都有,但是实验的依据都不够。还需要大量的实验工作。
核子之间短距离的夸克和胶子作用,还是需要的,而且也可以解释一些实验,这方面的研究已经有很多了。在这里,核子是带有颜色的。但是考虑的情况,基本都是两个核子或者三个核子。也很难想象,整个原子核中的核子都可能是带有颜色的。因为没有什么证据。
Cd疑难实验的发现,从原子核物理的能量最低端提出了挑战。以前的理论已经证实,原子核的幻数可以用球平均场来理解。所以幻数的原子核一定就是球形的,而当价核子增多的时候,由于数量不多,不能改变原子核球形的形状,再加上剩余相互作用一定是两体作用最重要,所以就一定要出现球形的声子振动激发。理论和一定的实验支持几乎是必然的结果。
但是Cd疑难实验否定了这个观念。以前理解的球形核声子激发其实是一种新的集体激发行为。
我这半生,最幸运的事情,就是在这个事情思考了很长一段时间,我相信这是一种新的集体模式。而更幸运的是,我编制的程序正好描述了这种模式。发生的事情,我的确有些难以理解,感觉好像做梦一般。我无法理解为什么会发生这样的事情。
我提出了SU3-IBM,解释了这种新的模式,支持球形核不存在的结果。
以前的想法,非常有道理,但是不正确。
而在SU3-IBM中,存在SU(3)对称性,这就提出了疑问,这个SU(3)对称性是怎么来的?我去年开始思考这个问题,这样让我很困惑。
最近几个月的查找文献,和不断思考,让我得到了连我自己都无法相信的结果。这就是原子核中的核子都是带色的。原因其实很简单。因为在原子核中,核子涉及到的对称性具有SU(3)对称性的只有色对称性。
但是这个结果实在太让人震惊了。
我也的确找到了一点证据,但是依然让人难以相信。原子核的低能行为,是一种长距离的作用,已经很好的被介子交换解释了。但是正如SU3-IBM代替原来的核结构更好的解释了核结构的现象,这倒是也不是不能理解。其实,以前的核结构和SU3-IBM能解释的现象差别不是很大,但是当熟悉结果以后,自然能够看到SU3-IBM更好。也就是说,在解释实验结果的时候,一个错误的但是看起来却更合理的理论可以给出非常相似的结果来,这是很不可思议的事情。
当然,其实更重要的是,面对原子核这样复杂的多体问题,也没有人认为真的会有一个准确的理论会出现。即使我自己,到今天也感觉不可思议。SU3-IBM的出现是完全意料之外的事情,就逻辑性而言,以前的逻辑是不存在这种可能性的。
最近,关于Cd疑难的第二篇文章已经顺利被CPC接收,我会在后边讲解一下具体的内容。这篇文章给我的震动超出以前的工作,因为它给出了我自己都没有预料到的结果,一个非常精细的结果。就好像,开普勒提出行星的轨迹是椭圆一样。我们知道这个椭圆实际上和圆非常接近。
所以在提出用SU3-IBM解释Cd疑难之后的五年,我又开始了新的思考,提出了新的观念,原子核中的核子都是带颜色的,而且在长程的低能核子作用中也要扮演重要的角色。我给出了第一个证据。这样颠覆性的观点,连我自己都觉得难以相信。但是现有的计算结果,似乎唯一指向了这个不可能。
陆续的实验将会带给我们答案,我现在有七成的把握相信我是正确的。
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