Cd核的实验结果,是让人沉默的。我是在很晚的时候才知道了这个事情,那已经是2019年初的时候。在我知道结果的时候,已经出来了很多实验,而且决定性的实验结果也很快就要出来了。
这样的事情,确实只能让人沉默。从1932年算起来,核结构已经研究80多年了,理论和实验的结果符合,理论本身也很自洽,一切都看起来很好,结果还是出了问题,这可能是谁都不想看到的。
Cd核不是球形核,不是像说的这么简单,而是让人困惑的。一个是为什么没有球形核?一个是为什么会出现这样的错误?
当然,很多研究者可能不会这么想。
这里边的关键,就在于那个缺失的0+态,这看起来很诡异。我们有一个看起来正确的理论,但是实际上不是这样的。幻数的解释,如此的简单明了,但是却出了问题,这很不可思议。当然,对于这一点,我们还需要更多的理论研究。但是如果Cd核不是球,那么它附近的幻数核,Sn核,怎么就可能是球呢?
我们最近开始研究Sn核旁边的Te核,看看它是不是球。如果也不是,那么就可以确定,Sn核不是球形的。
为什么会出错?现在看来,是因为原子核是一个复杂的量子多体系统。对于它的复杂性,我们没有意识够。这种出错是经常发生的。比如理解天上行星的运动轨迹,刚开始是地心说,是圆轨道。然后是日心说,也是圆轨道。最后开普勒在弟谷的实验数据上,发现是椭圆轨道。这种复杂系统的理解的简单化,正是科学进步的一个关键因素,和导致科学革命会发生的一个原因。
我还没有谈到我们的理论工作,这是另外一个纯粹偶然的事情。
两个中子,或者两个质子,不能结合成稳定的系统,这不是说它们之间没有强力,而是这个力有些小。但是一个中子和一个质子,却可以结合在一起,这就是氘核。这很有意思,说明质子和中子之间的作用,比都是一样的时候,要强的多。
氘核的束缚能只有2MeV,比中重核的平均结合能8MeV少很多。这也很有意思,如果理解成为核子越多,所以平均结合能越大,看起来有道理,但是这是不对的。因为核子数增加到一定的数量以后,平均结合能反而会减少一些。
这说明,在核子数多的系统中,核子之间的作用力似乎比少数量的时候,多了一些东西。一是质子和中子之间的作用,比质子和质子之间,或者中子和中子之间,多了一些东西。然后到了原子核中,核子之间的作用,又多了一些东西。
多的这两个东西,我们并不是很清楚,而且也没有完全意识到。
原子核中核子的作用有两个通道。一个是通过介子作用,介子可能有很多种。第二个,是短距离强作用。对于后者扮演了什么角色,我们还没有搞清楚。介子是夸克手征对称性破缺的结果,而这种手征对称破缺,似乎是夸克禁闭的结果。对于这类核力,我们现在已经研究的很清楚。
而EMC效应的发现,原子核中核子内的夸克发生了变化,它们有一个更大的作用空间。短距离强作用的发现,给出了一种解释,但是应该不是唯一的。在原子核中,一个质子和一个中子,有可能会出现短距离的强作用,这种现象比同质子和同中子之间大得多。
这导致了什么,还不是很清楚。而在原子核中,这种质子中子对,是不是无色的,还不是很清楚。有色的可能是存在的。
这里边的关键,是不是有一种色力的放大机制。直观上来说,确实存在。因为这种对作用,会导致整体的压缩作用。也就是导致原子核内的核子的整体的关联。
对于新的效应,实验还在进行中,可能需要一个很长的时间才能有所发现。因为这些实验做起来都很难。
所以Cd核的实验结果,才变得更加重要。以前的那种简单性的理解被证实是错误的。现有的理解,是建立在一个实验数据不是很充分的时代,导致了我们简单性的结论。这就好像破案,由于找到的证据不够,导致结论是错误的。
Cd就是那个关键的破案证据。少了一个0+态,证据简单而明确。为什么这么晚才发现,因为实验上的有能力确定这件事,是2019年前后才做到的。
这是一个有趣的故事。理论符合实验,其实一直都没有问题,但是这不意味着,我们就一定会得到一个正确的理论。科学的发展,是一个复杂的故事,因为研究的问题本身,就是一个复杂的问题。出错是必然的。
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