아무도 원자 내부에서 어떤 일이 일어나는지 전혀 모른다. 그러나 경쟁하는 두 과학자 그룹은 그들이 알아 낸 것으로 생각합니다. 그리고 둘 다 자신의 비전이 올바른지 증명하기 위해 경주하고 있습니다.
우리는 확실히 알고 있습니다 : 전자는 원자의 외피에서 "궤도"주위를 흔 듭니다. 빈 공간이 많이 있습니다. 그리고 그 공간의 중앙에 작은 핵이 있습니다-원자와 질량을 대부분주는 핵자와 중성자의 조밀 한 매듭. 이 양성자와 중성자는 서로 힘을 합쳐서 묶습니다. 그리고 그 양성자와 중성자의 수는 원자가 철인지 산소인지 크세논인지 그리고 방사성인지 안정적인지를 결정합니다.
그래도 그 양자와 중성자 (핵자라고도 함)가 원자 안에서 어떻게 행동하는지는 아무도 모릅니다. 원자 외부에서 양성자와 중성자는 크기와 모양이 정해져 있습니다. 그들 각각은 쿼크 (quarks)라고 불리는 3 개의 작은 입자들로 구성되며, 이들 쿼크들 사이의 상호 작용은 너무 강해서 외부의 힘이 그것들을 변형시킬 수 없어야합니다. 그러나 수십 년 동안 연구자들은 이론이 어떤 방식으로 틀렸다는 것을 알고있었습니다. 실험에 따르면 핵 내부에서 양성자와 중성자가 원래보다 훨씬 크게 보인다. 물리학 자들은 이상한 불일치를 설명하기 위해 두 가지 경쟁 이론을 개발했으며, 각각의 지지자들은 다른 것이 틀렸다는 것을 확신합니다. 그러나 두 캠프는 정답이 무엇이든 자신의 분야를 넘어야한다는 데 동의합니다.
1940 년대부터 물리학 자들은 핵이 핵 내에서 작은 궤도로 움직인다는 것을 알고 있다고 워싱턴 대학의 핵 물리학자인 제랄드 밀러 (Gerald Miller)는 Live Science에 말했다. 움직임에 갇힌 핵자는 에너지가 거의 없습니다. 그들은 강한 힘에 의해 구속되어 많이 튀지 않습니다.
1983 년 유럽 원자력 연구기구 (CERN)의 물리학 자들은 이상한 점을 발견했다. 예상치 못한 일이었습니다. 수소 내부의 양성자가 철 내부의 양성자와 같은 크기라면, 전자는 거의 같은 방식으로 튀어 나왔을 것입니다.
처음에 연구원들은 그들이 무엇을보고 있는지 몰랐습니다.
그러나 시간이 지남에 따라 과학자들은 그것이 크기 문제라고 믿게되었습니다. 어떤 이유로 무거운 핵 내부의 양성자와 중성자는 마치 핵 외부에있을 때보 다 훨씬 더 큰 것처럼 행동합니다. 연구자들은 유럽 뮤온 콜라보레이션 (European Muon Collaboration) 이후 우연히 발견 한 그룹 인이 현상을 EMC 효과라고 부릅니다.. 그것은 핵 물리학의 기존 이론에 위배됩니다.
또는 MIT의 핵 물리학자인 Hen은 무슨 일이 일어나고 있는지 설명 할 수있는 아이디어를 가지고있다.
핵을 구성하는 아 원자 입자 인 쿼크는 주어진 양성자 또는 중성자 내에서 강하게 상호 작용하지만, 다른 양성자와 중성자에서의 쿼크는 서로 많이 상호 작용할 수 없다고 그는 말했다. 핵 내부의 강한 힘은 너무 강하여 핵을 다른 핵에 고정시키는 강한 힘을 일으 킵니다.
"창문을 닫은 채 두 명의 친구와 대화를 나눈다 고 상상해보십시오."라고 Hen은 말했습니다.
방의 트리오는 중성자 또는 양성자 안에 3 개의 쿼크입니다.
"약간의 산들 바람이 불고있다"고 말했다.
그 가벼운 산들 바람은 양성 자나 중성자를 창문 바깥쪽에있는 근처 핵자에 붙잡는 힘입니다. 헨은 닫힌 창문을 조금이라도 잠그면 거의 영향을 미치지 않을 것이라고 말했다.
그리고 핵자가 궤도에 머무르는 한, 그 경우입니다. 그러나 그는 최근 실험에 따르면 핵의 핵의 약 20 %가 실제로 궤도 바깥에 있다는 것이 밝혀졌다. 대신, 그들은 "단거리 상관 관계"에서 상호 작용하는 다른 핵자와 짝을 이룹니다. 이러한 상황에서 핵 사이의 상호 작용은 평소보다 훨씬 더 높은 에너지라고 그는 말했다. 쿼크가 개별 핵의 벽을 뚫고 직접 상호 작용하기 시작하고 쿼크-쿼크 상호 작용이 핵-핵 상호 작용보다 훨씬 강력하기 때문입니다.
이러한 상호 작용은 개별 양성자 또는 중성자 내에서 쿼크를 분리하는 벽을 분해한다고 Hen은 말했다. 한 양성자를 구성하는 쿼크와 다른 양성자를 구성하는 쿼크는 같은 공간을 차지하기 시작합니다. 이로 인해 양성자 (또는 경우에 따라 중성자)가 늘어나거나 흐려진다 고 Hen은 말했다. 아주 짧은 시간이지만 많이 자랍니다. 이는 핵에있는 전체 코호트의 평균 크기를 왜곡하여 EMC 효과를냅니다.
대부분의 물리학 자들은 이제 EMC 효과에 대한 이러한 해석을 수용한다고 Hen은 말했다. 그리고 일부 주요 연구에서 Hen와 함께 일한 Miller는 동의했습니다.
그러나 모든 사람들이 Hen의 그룹에 문제가 있다고 생각하지는 않습니다. 일리노이 주 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory)의 핵 물리학자인 이안 클로에 (Ian Cloët)는 Hen의 연구가 데이터가 완전히 지원되지 않는다는 결론을 도출한다고 생각한다고 말했다.
Cloët은 Live Science에“EMC 효과는 여전히 해결되지 않았다고 생각한다. 그것은 핵 물리의 기본 모델이 이미 Hen이 묘사 한 많은 근거리 페어링을 설명하기 때문입니다. 그러나 "이 모델을 사용하여 EMC 효과를 시험해 보더라도 EMC 효과를 설명하지는 않습니다. 해당 프레임 워크를 사용한 EMC 효과에 대한 성공적인 설명은 없습니다. 따라서 제 생각에는 여전히 미스터리가 있습니다."
Hen과 그의 공동 연구자들은 "valiant"와 "very good science"인 실험 작업을하고 있다고 그는 말했다. 그러나 그것은 원자핵의 문제를 완전히 해결하지는 못한다.
그는 "핵심 물리학의 전통적인 모델은 이러한 EMC 효과를 설명 할 수 없다는 것이 분명하다"고 말했다. "우리는 이제 설명이 QCD 자체에서 나온 것 같아요."
QCD는 쿼크의 동작을 제어하는 규칙 시스템 인 양자 색 역학을 나타냅니다. 핵 물리에서 QCD로 전환하는 것은 같은 그림을 두 번 보는 것과 같습니다. 한 번은 1 세대 플립 폰에서-한 번은 핵 물리-다시 고해상도 TV에서는 양자 색채 역학입니다. 고해상도 TV는 훨씬 더 자세한 내용을 제공하지만 제작하기가 훨씬 더 복잡합니다.
문제는 핵의 모든 쿼크를 설명하는 완전한 QCD 방정식이 풀기가 너무 어렵다고 Cloët와 Hen는 말했다. Cloët은 현대 슈퍼 컴퓨터가이 작업을 수행하기에 충분히 빠르지 않은지 약 100 년이 걸린다고 말했다. 그리고 오늘날 슈퍼 컴퓨터가 충분히 빠르더라도 그 방정식은 컴퓨터에 꽂을 수있는 수준까지 올라가지 않았다고 그는 말했다.
그러나 그는 QCD와 함께 몇 가지 질문에 대답 할 수 있다고 말했다. 그리고 지금 바로 그 대답은 EMC 효과에 대한 다른 설명을 제공한다고 말했습니다 : 핵 평균 장 이론.
그는 핵에있는 핵의 20 %가 단거리 상관 관계에 묶여 있다는 데 동의하지 않는다. 그는 실험 결과가이를 증명하지 못한다고 말했다. 그리고이 아이디어에는 이론적 인 문제가 있습니다.
그는 우리에게 다른 모델이 필요하다고 제안했다.
"내가 가진 그림은 핵 내부가 매우 강력한 핵력이라는 것을 알고있다"고 Cloët은 말했다. 이들은 "강력한 장을 제외하고는 전자기장과 비슷합니다."
이 들판은 아주 작은 거리에서 작동하여 핵 밖에서는 무시할만한 크기이지만, 그 안에는 강력합니다.
Cloët의 모델에서, 그가 "평균 장 (mean field)"이라고 부르는 이들 힘장 (복합 강도)은 실제로 양성자, 중성자 및 pions (강한 힘을 전달하는 입자의 한 유형)의 내부 구조를 변형시킵니다.
Cloët 박사는“원자가 원자를 가지고 강한 자기장 안에 넣는 것처럼 그 원자의 내부 구조를 바꿀 것”이라고 말했다.
다시 말해서, 평균 필드 이론가들은 Hen가 묘사 한 밀폐 된 방에 벽에 구멍이 있고 바람이 불고 쿼크를 두드려서 펼친다고 생각합니다.
Cloët은 단거리 상관 관계가 EMC 효과의 일부를 설명 할 가능성이 있음을 인정했으며, Hen는 평균 필드도 역할을 수행 할 가능성이 있다고 말했다.
Cloët는“문제는 지배적이다.
Cloët 과도 함께 일한 Miller는 평균 분야가 이론에보다 잘 기초를두고 있다는 이점이 있다고 말했다. 그러나 클로에 트는 아직 필요한 모든 계산을하지 않았다고 말했다.
그리고 지금 실험적인 증거의 무게는 암탉이 더 나은 주장을 가지고 있음을 시사합니다.
Hen와 Cloët는 향후 몇 년 동안 실험 결과가 문제를 해결할 수 있다고 말했다. Hen는 버지니아 주 Jefferson National Accelerator Facility에서 핵을 조금씩 가까이 이동시켜 연구원들이 변화를 관찰 할 수있는 실험을 인용했습니다. Cloët은 관련 양성자의 스핀 (양자 특성)에 기반한 효과를 분해하는 "편광 EMC 실험"을보고 싶다고 말했다. 그는 계산에 도움이 될 수있는 효과에 대한 보이지 않는 세부 사항을 밝힐 수 있다고 말했다.
세 연구원 모두 토론이 우호적이라고 강조했다.
밀러는“우리가 여전히 발전하고 있다는 것을 의미하기 때문에 훌륭하다. "결국, 교과서에 뭔가있을 예정이고 볼 게임은 끝났습니다 ... 두 개의 경쟁 아이디어가 있다는 사실은 흥미롭고 활기 차다는 것을 의미합니다. 그리고 이제 우리는 이러한 문제를 해결하기위한 실험 도구를 갖게되었습니다."
