科学理论的预测让科学家对通过实验发现有信心,但经过测试发现它们完全错了?

我提名了EMC效果 - 维基百科。EMC(European Muon Collaboration的缩写)是SPS在CERN的一项实验,在七十年代末和八十年代收集数据。它将高能量μ子与各种核目标相撞。高能量μ子“看到”核子作为夸克的集合并与其中一个夸克发生碰撞。对μ子的能量和散射角的分析允许找到质子和中子中夸克的动量分布 - 所谓的结构函数。

EMC研究质子上μ子的散射,找到质子结构函数,然后是氘核,它与质子的结果一起使它们能够提取中子结构函数。然后他们尝试了铁靶。最常见的铁,铁-56的同位素,包含28个质子和28个中子。每个核子的结合能低于质子质量的1%,因此每个人都认为,结合在核中对质子结构的影响可以忽略不计。因此可以预期,铁上的散射结果与氘核上的散射结果类似,只是整个横截面(散射概率)将高出28倍。

令大家惊讶的是,铁的结果出现了明显不同:核中结合的质子和中子似乎具有较少的高动量夸克,但更多的低动量夸克。这引发了许多理论活动,试图解释结果。

后来,以SMC(Spin Muon Collaboration)为名的EMC实验产生了另一个惊喜。质子是自旋1/2粒子,由3个自旋1/2“价夸克”和胶子和夸克 - 反夸克对的“海”组成。理论家普遍认为,质子的自旋由价夸克携带,而“海”实际上是非极化的。因此,在极化质子中,我们平均会发现两个具有与质子自旋方向相同的自旋的价夸克,以及一个具有相反自旋方向的夸克。SMC在偏振目标上散射偏振μ子并发现,价夸克的平均自旋接近于零,即质子旋转方向上自旋的价夸克的数量接近于具有相反方向自旋的夸克数。因此,大多数质子自旋必须来自海洋的极化,或者来自夸克的轨道角动量。

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