王涛
类球谱的发现(6)更加难以理解
2025-10-2 15:14
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       1935年日本物理学家汤川秀树提出原子核中的质子和中子是通过π介子结合在一起的,这个粒子在1947年被实验发现,汤川秀树由于提出核力的基本理论而获得了1949年的诺贝尔物理学奖。这样的物理图景后来被不断地加深,不同的作用尺度,对应了不同的介子,甚至是多介子交换。

   对称性自发破缺在1960年前后开始成为物理学中的基本语言,π介子也被纳入到了这种图景之中。对称性自发破缺就会出现一个没有质量的粒子,所以把π介子看成是自发破缺的结果,是一个非常大胆的想法。

   1970年前后,夸克的发现和量子色动力学的建立,构建了一个原子核非常复杂的图景。在1980年前后,各种介子开始被看成是夸克手征对称性自发破缺的结果,以前的看法被奇妙的重新证实了。

   手征对称性自发破缺是量子色动力学的第三个特征,由于介子是核力交换的媒介,所以这个特征成为了核力研究和核结构的基础。但是究竟发生了什么,我们依然不清楚。在原子核中,似乎夸克禁闭和手征对称自发破缺发生在了同一个尺度上,并且有某种内在的关系。

   基于手征对称自发破缺的核力的有效场理论,是核力研究的主要理论。但是,这并不是没有问题。实验上,一些低能反常结果的出现,意味着有效场理论过于刚性,意味着有些东西被忽略了。

   而更多的,是我们开始意识到,原子核是一个多尺度互相耦合的复杂系统。原子核的尺度,核子之间的作用尺度,以及核子的尺度,是彼此有关联的。(这种观点在过去的20年才开始流行起来)

   EMC效应和短距离强关联的发现,还在不断地深入研究中。把原子核中的质子和中子,看成是无色的,肯定是不恰当的,但是对于低能原子核产生什么样的影响,我们并不清楚。在当前的研究中,这种影响是不存在的。

   但是夸克禁闭,在原子核中,的确产生了某种显著的变化,虽然我们不清楚发生了什么。

   对于原子核的理解正在变得越来越复杂,这是事实。新的实验将会帮我们看清楚更多的细节,许多新的可能都会出现。核子之间的近距离作用,正在成为理解的关键。原子核的饱和性,一直是一个奇特的性质。这可以看成是质子和中子内色禁闭的关键,但是这似乎不够。当核子数非常多的时候,原子核并没有塌缩。考虑到核子内是基本的夸克和胶子,这看起来很不可思议。尺度越小,能量越大,所以小尺度是不适合的。但是强力的作用很强,大尺度是不适合的。按照一般的理解,如果核子数很多的时候,那么适当的缩小体积是有利于降低能量的。

   但是,这没有发生。核子之间的尺度没有变,但是核力在增加,怎么看都不应该。这里必然存在一种降低能量的方式。EMC实验的确说明了这一点。但是这个效果,是不是会在原子核的低能行为中表现出来,没有人来思考。

   很显然,这几乎就是必然的。

   原子核中存在这一种显著的降低能量的方式。并且由于这种近距离的作用,导致了原子核没有进一步塌缩,所以对于原子核的形状也必然产生了影响。

   这在逻辑上是清楚地,但是我们现有的知识还无法支撑这样的图景,没有这样的概念。

   但是,我们可以看到,不同的尺度之间,的确是耦合在一起的,这导致很多新的可能性。所以,如果存在一些新的东西,在实验中,我们是可以看到的。

   在2008年,的确是开始看到了一些新的结果。这些结果在那个时候,来的很突然,也似乎根本就不应该出现。但是的确存在了。

   核结构的实验,是越来越复杂的,就是因为我们可以发现越来越多的能谱。原子核的能谱,实际上就是原子核哈密顿量的本征方程的本征值。所以能谱带给了我们最基本的信息。如果能谱出了问题,那么以前构造的哈密顿量也就出了问题。

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