高能电子撞击质子的实验,改变了很多我们的理解。首先是渐进自由的发现,当能量非常高的时候,质子的内部,看起来就是三个孤零零的夸克,作用力很小。这是一个独特的性质,说明色力在高能的时候很弱。这个特征在以前的量子场论中不存在,最后发现在规范作用支配的非阿贝尔SU(3)理论中存在,彻底的改变了以前的观念。
当然,这个不是我们的重点,重点是不存在单独的夸克。因为当夸克的距离比较远的时候,或者能量比较低的时候,这个色作用就会很大,以至于夸克出不来了。这个结果就是色禁闭。不仅夸克出不来,而且构成的复合粒子,比如质子和中子,是色中性的。
我们到现在对于色禁闭依然不是很清楚。如果质子和中子就是色中性的,并且在原子核中也是如此,那么核力和核结构,就与色作用无关,只是通过交换色中性的介子,比如π介子,产生了剩余作用而支配。
但是很显然,似乎不是如此。色禁闭是一种机制,但是也希望能量越低越好。质子和中子构成原子核的时候,很显然是降低了能量,如果说这个过程没有破坏色禁闭,几乎是不可能的。
但是在现实中,理解核力和核结构的时候,都没有考虑可能的色禁闭问题。虽然核力从量子色动力学出发,考虑手征对称性破坏,但是没有考虑色禁闭。而核结构和这些甚至都没有关系。不是这些问题不能考虑,而是似乎不需要。
关键当然是实验。当用高能电子撞击原子核的时候,发现原子核中的核子中的夸克和单纯的质子中的夸克不一样。这一点已经被实验确定(EMC效应)。究竟发生了什么,我们其实还不是很确定,但是很显然,原子核中的核子的色禁闭的确发生了一些变化。
不管是核力还是核结构,自然都是有影响的。但是至今还没有人考虑这些可能的变化,我们自动的把它屏蔽了。
因为这部分不是很清楚,所以直接怎么做是不清楚的。但是如果会有变化,那么这种变化也自然会在核力和核结构中体现出来。但是我们一直没有这么思考。
对于核结构来说,这个逻辑是清楚的。当质子和中子构成原子核的时候,对于质子和中子本身破坏的很小,这说明核子很硬。就是核子数量很多的时候,也是如此,也就是原子核的饱和性。但是核子的内部是夸克和胶子,所以里边有很大的空间。但是当核子数很多的时候,并没有导致原子核密度的增加。这说明色禁闭是一个非常强的机制。
原子核中的核子和单个的核子变化不是太大,但是变化是存在的。也就是说,正是这种色禁闭机制的变化,导致了饱和性,把原子核进一步撑开了,也决定了原子核的形状。
对于原子核中夸克扮演了什么样的角色,我们不是很清楚。但是它的确扮演了一个角色。我们意识到了会有这样一个角色,我们就会从实验中去寻找它。
但是现实中,我们知道,我们没有这样去考虑问题。而是现实中,我们在核结构的实验中,的确发下了一些奇特的东西。这让我们有些不知所措,而最终,我们发现它们应该就是色禁闭作用发生变化的结果。
所以,这里边在逻辑上是有两个可能的。一个是原子核中的核子就是单色,一个是原子核中的核子,是有颜色的。可是在理论上,一直都只是考虑了前一种,而从来没有考虑过后一种。这是非常有趣的。考虑到原子核的结合能,不到核子能量的1%,而却存在了EMC效应,原子核中的核子中的夸克被原子核调制了,一个高能的现象被低能的现象调制了,那么反过来,如果说原子核的形状没有被影响,怎么可能呢?
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