यहां एक रहस्यमय सच्चाई है जिसे वैज्ञानिकों ने 1983 से जाना है: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक परमाणु के अंदर होने पर अलग-अलग कार्य करते हैं, बनाम अंतरिक्ष के माध्यम से स्वतंत्र रूप से तैरते हैं। विशेष रूप से, उप-परमाणु कण जो उन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को बनाते हैं, जिन्हें क्वार्क कहा जाता है, एक बार परमाणु में एक नाभिक तक सीमित होने पर बड़े पैमाने पर धीमा हो जाते हैं।
भौतिकविदों को वास्तव में यह पसंद नहीं आया, क्योंकि न्यूट्रॉन न्यूट्रॉन हैं या नहीं, वे एक परमाणु के अंदर हैं या नहीं। और प्रोटॉन प्रोटॉन हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों (जो "न्यूक्लियॉन" कहे जाने वाले कणों का वर्ग बनाते हैं) तीन छोटे कणों से बने होते हैं, जिन्हें क्वार्क कहा जाता है, जो एक साथ मजबूत बल से बंधे होते हैं।
"जब आप क्वार्क को नाभिक में डालते हैं, तो वे धीमी गति से चलना शुरू करते हैं, और यह बहुत अजीब है," मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के भौतिक विज्ञानी सह-लेखक या हेन ने कहा। यह अजीब है क्योंकि क्वार्क के बीच शक्तिशाली बातचीत मुख्य रूप से उनकी गति निर्धारित करती है, जबकि नाभिक को बांधने वाली ताकतें (और नाभिक के अंदर क्वार्क पर भी कार्य करती हैं) को बहुत कमजोर माना जाता है, हेन ने कहा।
और कोई अन्य ज्ञात बल नहीं है जो एक नाभिक में क्वार्क के व्यवहार को इतनी तीव्रता से संशोधित करना चाहिए। फिर भी, प्रभाव बना हुआ है: कण भौतिकविदों ने इसे EMC प्रभाव कहा है, जिसे यूरोपियन मून सहयोग के लिए नाम दिया गया है, जिस समूह ने इसकी खोज की थी। और हाल तक तक, वैज्ञानिकों को यह निश्चित नहीं था कि इसका क्या कारण है।
नाभिक में दो कण आमतौर पर लगभग 8 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट (8 MeV) के बल द्वारा एक साथ खींचे जाते हैं, कणों में ऊर्जा का एक माप। एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन में क्वार्क्स लगभग 1,000 मेव द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। तो यह समझ में नहीं आता है कि नाभिक की तुलनात्मक रूप से सौम्य बातचीत नाटकीय रूप से क्वार्क के अंदर शक्तिशाली इंटरैक्शन को प्रभावित कर रही है, हेन ने लाइव साइंस को बताया।
"1,000 के आगे आठ क्या है?" उसने कहा।
लेकिन EMC प्रभाव बाहरी बल से हल्के झंझट जैसा नहीं लगता है। हालांकि यह एक प्रकार के नाभिक से दूसरे में भिन्न होता है, "यह आधा प्रतिशत की तरह नहीं है। प्रभाव एक बार जब आप इसे देखने के लिए एक प्रयोग डिजाइन करने के लिए पर्याप्त रचनात्मक होते हैं, तो डेटा से पॉप आउट हो जाता है," हेन ने कहा।
शामिल नाभिक के आधार पर, नाभिक का स्पष्ट आकार (जो उनकी गति का एक कार्य है) 10 से 20 प्रतिशत तक बदल सकता है। एक सोने के नाभिक में, उदाहरण के लिए, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन 20 प्रतिशत छोटे होते हैं, जब वे स्वतंत्र रूप से तैरते हैं।
हेनरी ने कहा कि सिद्धांतकार यह बताने के लिए विभिन्न मॉडलों के साथ आए कि यहां क्या चल रहा है।
"मेरे एक दोस्त ने मजाक में कहा कि EMC 'एव्रीबॉडीज मॉडल इज कूल' के लिए खड़ा था क्योंकि हर मॉडल ऐसा लगता था कि यह उसे समझा सकता है," उन्होंने कहा।
लेकिन समय के साथ, भौतिकविदों ने अधिक प्रयोग किए, उन विभिन्न मॉडलों का परीक्षण किया, और एक के बाद एक गिर गए।
"कोई भी सभी डेटा की व्याख्या नहीं कर सकता है, और हम एक बड़ी पहेली के साथ रह गए थे। हमारे पास अभी बहुत सारे डेटा हैं, माप है कि क्वार्क सभी प्रकार के विभिन्न नाभिकों के अंदर कैसे चले जाते हैं, और हम यह नहीं समझा सकते हैं कि क्या चल रहा था। ," उसने कहा।
एक बार में सभी पहेली को समझाने की कोशिश करने के बजाय, हेन और उनके सहयोगियों ने न्यूट्रॉन और प्रोटॉन बातचीत के सिर्फ एक विशेष मामले को देखने का फैसला किया।
अधिकांश परिस्थितियों में, एक नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक-दूसरे के साथ ओवरलैप नहीं करते हैं, एक दूसरे की सीमाओं का सम्मान करते हुए - भले ही वे वास्तव में बाध्य क्वार्क की प्रणाली हो। लेकिन कभी-कभी, नाभिक मौजूदा नाभिक के भीतर एक साथ जुड़ जाते हैं, और संक्षिप्त रूप से शारीरिक रूप से एक दूसरे के साथ ओवरलैप करना शुरू करते हैं, जिसे वैज्ञानिक "सहसंबद्ध जोड़े" कहते हैं। किसी भी समय, एक नाभिक में लगभग 20 प्रतिशत नाभिक इस तरह से ओवरलैप होते हैं।
जब ऐसा होता है, क्वार्कों के बीच भारी मात्रा में ऊर्जा प्रवाहित होती है, मौलिक रूप से उनकी बाध्य संरचना और व्यवहार को बदलते हैं - एक घटना जो मजबूत बल के कारण होती है। जर्नल नेचर में 20 फरवरी को प्रकाशित एक पेपर में, शोधकर्ताओं ने तर्क दिया कि यह ऊर्जा प्रवाह ठीक ईएमसी प्रभाव के लिए है।
टीम ने इलेक्ट्रॉनों के साथ विभिन्न प्रकार के नाभिकों पर बहुत बमबारी की, और इन नाभिक जोड़े और ईएमसी प्रभाव के बीच सीधा संबंध पाया।
उनका डेटा दृढ़ता से सुझाव देता है, हेन ने कहा, कि अधिकांश नाभिकों में क्वार्क एक नाभिक में प्रवेश करने पर बिल्कुल नहीं बदलते हैं। लेकिन न्यूक्लियर पेयर में शामिल कुछ लोग अपने व्यवहार को इतने नाटकीय ढंग से बदलते हैं कि वे किसी भी प्रयोग में औसत परिणाम को कम कर देते हैं। इतने छोटे स्थान में पैक किए गए कई क्वार्कों में कुछ नाटकीय मजबूत बल प्रभाव होता है। सभी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के व्यवहार में बदलाव के बजाय, ईएमसी प्रभाव विसंगतियों के सिर्फ एक अल्पसंख्यक का परिणाम है।
डेटा से, टीम ने एक गणितीय फ़ंक्शन निकाला जो सटीक रूप से वर्णन करता है कि ईएमसी प्रभाव एक नाभिक से अगले तक कैसे व्यवहार करता है।
जॉर्ज वॉशिंगटन विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी गेराल्ड फेल्डमैन ने कहा, "उन्होंने एक भविष्यवाणी की और उनकी भविष्यवाणी कमोबेश पुष्ट हो गई, जो नेचर के एक ही अंक में एक समाचार और दृश्य लेख के साथ लिखा था लेकिन शोध में शामिल नहीं था।
यह पुख्ता सबूत है कि यह युग्मन प्रभाव ईएमसी रहस्य का वास्तविक उत्तर है, फेल्डमैन ने लाइव साइंस को बताया।
35 वर्षों के बाद, कण भौतिकविदों ने इस समस्या को बहुत अच्छे समाधानों के साथ हल किया है। हेन ने कहा कि उनके और उनके सहयोगियों के पास पहले से ही इस मामले की गहराई से जांच करने के लिए अनुवर्ती प्रयोग करने की योजना है, और परमाणुओं के अंदर युग्मित न्यूक्लियंस के व्यवहार के बारे में नए अज्ञात सत्य प्रकट करते हैं।
