从1932年之后,到发现夸克之前,我们对于原子核的理解是比较粗糙的。虽然关于核力的理解越来越复杂,但是现在看来并不基本。在以前的想法中,原子核是由质子和中子构成的,原子核的平均结合能不到质子或中子的百分之一,所以质子和中子,几乎就是自由时候的样子,变化不大。
实验上,对于核力而言,出现如此大的平均场一直是很让人困惑的,毕竟强作用力怎么看,都应该导致集体效应,而不是单粒子行为。当然,理论的处理往往都是灵活的。这看起来似乎不是问题。
所以,在如此大的平均场下,两体剩余作用是最主要的,然后还有三体作用可能需要考虑,但是肯定没有两体作用重要。
这就是夸克之前的基本想法。(也是现在大部分研究的想法)夸克被发现之后,特别是量子色动力学建立以后(1972),我们才意识到,原子核是一个超级复杂的系统。但是问题是,这些发现对于原子核结构却没有任何影响。到现在已经过去50多年了。关于核力的研究,的确是有影响的,最终手征对称性自发破缺为各种介子的出现给出了新基础。但是不管是核力还是核结构,原子核中的质子和中子都是无色的,几乎所有的研究都几乎不考虑颜色的问题。
虽然有关颜色的猜想,但是似乎都无法被实验证实。
最重要的是,理论似乎无法想象。量子色动力学有两个非常奇特的性质。第一个就是夸克近的时候,几乎是没有作用力的,这就是渐进自由现象,这个已经在理论上和实验上都非常清楚了。第二个就是色禁闭,也就是夸克距离远的时候,就会作用很强,到了一定距离,就会发生夸克禁闭。这里有一个极其重要的尺度,再大一些,似乎就不会存在夸克胶子自由度了。
除非出现某种现在还没有发现的色力放大机制,否者这种想法是难以被支持的。
但是究竟如何,理论上一直不清楚。
所以在原子核中,有一个很重要的基本观念,就是只有在很小的尺度上,应该是质子或中子尺度的一半距离内,才可能有夸克胶子自由度,而在原子核的尺度上,几乎不可能会有夸克胶子起作用。
问题一直都在这里。关于核力的研究,考虑的也是各种尺度上的介子自由度。而这里并不存在冲突。
和这个观念想冲突的是EMC效应,也就是高能电子散射作用在不同的原子核上的时候,发现夸克的能量,比自由质子中的夸克小很多。也就是出现了显著的夸克受到了原子核的影响。这个现象在上世纪八十年代就已经知道了,但是究竟意味着什么,一直不是完全清楚。再过去二十年,一个很重要的发现,是对于短距离质子中子对的研究。原子核中的质子和中子,在很短的时间内,会出现短距离的强作用,这的确导致了原子核中的质子或中子发生了变化,但是究竟是什么样的变化,或者与EMC效应是什么关系,依然不清楚。
需要大量的新实验的研究。
但是这个现象的发现,似乎是一个高能现象,看起来和核结构的低能行为无关。
所以,原子核中的问题的确变得越来越复杂,但是似乎都无法影响低能的研究。虽然我们开始意识到,原子核是一个多尺度耦合的复杂系统,但是究竟是如此彼此影响的,我们也不清楚。
不管是实验的研究,还是理论的研究,都变得很麻烦。
在这样的背景下,的确开始有人猜想,也许原子核中会出现夸克胶子效应,但是可能无法和低能行为有关。
所以,一些实验结果的出现,才是如此的超乎预料。
能够给我们带来意外的,永远都是实验上的结果。只是现在看来,没有任何人想到会出现如此反常的低能行为,的确是一件让人感到意外的事情。
从1950年前后开始,核结构学家对于核结构的理解,就已经陷入了确定的模式,不再想象会出现新的理解。但是最终实验说了不。
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