ปรากฏการณ์EMCคือการสังเกตที่น่าประหลาดใจที่ว่าภาคตัดขวางสำหรับการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างลึกจากนิวเคลียสของอะตอมนั้นแตกต่างจากภาคตัดขวางของโปรตอนและนิวตรอน อิสระจำนวนเท่ากัน (เรียกรวมกันว่านิวคลีออน ) จากการสังเกตนี้ สามารถอนุมานได้ว่า การกระจายโมเมนตัมของ ควาร์กในนิวคลีออนที่ถูกผูกไว้ภายในนิวเคลียสนั้นแตกต่างจากการกระจายโมเมนตัมของควาร์กในนิวคลีออนอิสระ ปรากฏการณ์นี้ถูกสังเกตครั้งแรกในปี 1983 ที่CERNโดยEuropean Muon Collaboration [ ^{1 ] จึง}เป็นที่มาของชื่อ "ปรากฏการณ์ EMC" มันเป็นเรื่องที่ไม่คาดคิด เนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวเฉลี่ยของโปรตอนและนิวตรอนภายในนิวเคลียสนั้นไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับพลังงานที่ถ่ายโอนในปฏิกิริยาการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างลึกที่ตรวจสอบการกระจายของควาร์ก แม้ว่าจะมีเอกสารทางวิทยาศาสตร์มากกว่า 1,000 ฉบับที่เขียนเกี่ยวกับหัวข้อนี้และมีการเสนอสมมติฐานมากมาย แต่ก็ยังไม่มีคำอธิบายที่แน่ชัดสำหรับสาเหตุของปรากฏการณ์นี้ที่ได้รับการยืนยัน^{[ 2 ]}การกำหนดที่มาของปรากฏการณ์ EMC เป็นหนึ่งในปัญหาสำคัญที่ยังแก้ไม่ตกในสาขาฟิสิกส์นิวเคลียร์

โปรตอนและนิวตรอนซึ่งรวมเรียกว่านิวคลีออนเป็นองค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอมและสสารนิวเคลียร์ เช่น สสารในดาวนิวตรอนโปรตอนและนิวตรอนเองเป็นอนุภาคประกอบที่ประกอบด้วยควาร์กและกลูออนซึ่งเป็นการค้นพบที่SLACในช่วงปลายทศวรรษ 1960 โดยใช้ การทดลอง การกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างลึก (DIS) ( ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1990 )

ในปฏิกิริยา DIS โพรบ (โดยทั่วไปคืออิเล็กตรอน ที่เร่งความเร็ว ) จะกระเจิงจากควาร์กแต่ละตัวภายในนิวคลีออน การวัดภาคตัดขวางของกระบวนการ DIS ทำให้ สามารถกำหนดการ กระจายตัวของควาร์กภายในนิวคลีออนได้ การกระจายตัวเหล่านี้เป็นฟังก์ชันของตัวแปรเดียวที่เรียกว่า Bjorken- xซึ่งเป็นการวัดสัดส่วนของโมเมนตัมของนิวคลีออนที่ถูกส่งผ่านโดยควาร์กที่ถูกชน (ภายในกรอบอ้างอิงของ Breit )

การทดลองโดยใช้ DIS จากโปรตอนโดยอิเล็กตรอนและตัวตรวจวัดอื่นๆ ทำให้นักฟิสิกส์สามารถวัดการกระจายตัวของควาร์กในโปรตอนในช่วงกว้างของ Bjorken- xซึ่งก็คือความน่าจะเป็นที่จะพบควาร์กที่มีเศษส่วนโมเมนตัมxในโปรตอน การทดลองโดยใช้ เป้าหมาย ดิวเทอเรียมและฮีเลียม-3ก็ทำให้นักฟิสิกส์สามารถกำหนดการกระจายตัวของควาร์กในนิวตรอนได้เช่นกัน

ในปี 1983 European Muon Collaborationได้เผยแพร่ผลการทดลองที่ดำเนินการที่CERNซึ่งวัดปฏิกิริยา DIS สำหรับ การกระเจิง ของมิวออน พลังงานสูง จากเป้าหมายเหล็กและดิวเทอเรียม คาดการณ์ว่าภาคตัดขวางสำหรับ DIS จากเหล็กหารด้วยภาคตัดขวางสำหรับ DIS จากดิวเทอเรียม และปรับขนาดด้วยปัจจัย 28 ( นิวเคลียส เหล็ก-56 มีนิวคลีออนมากกว่าดิวเทอเรียม 28 เท่า) จะมีค่าประมาณ 1 แต่ข้อมูล (รูปที่ 1) กลับแสดง  ให้ เห็นความชันที่ลดลงในบริเวณ0.3 < x < 0.7 โดย มีค่าต่ำสุดที่ 0.85 ที่ค่า xสูงสุด

ความชันที่ลดลงนี้เป็นลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์ EMC ความชันของอัตราส่วนภาคตัดขวางระหว่าง0.3 < x < 0.7มักถูกเรียกว่า "ขนาดของปรากฏการณ์ EMC" สำหรับนิวเคลียสที่กำหนด

นับตั้งแต่การค้นพบครั้งสำคัญนั้น ผลกระทบของ EMC ได้ถูกวัดในนิวเคลียสหลากหลายชนิด ในห้องปฏิบัติการหลายแห่ง และด้วยเครื่องมือวัดที่แตกต่างกันหลายชนิด ตัวอย่างที่น่าสนใจ ได้แก่:

• การทดลองE139 ที่SLACซึ่งวัดผล EMC ในฮีเลียมธรรมชาติ เบริลเลียม คาร์บอน อะลูมิเนียม แคลเซียม เหล็กเงินและทองคำและพบว่าผลEMC เพิ่มขึ้นตามขนาด^ของนิวเคลียส[ ^{3 ]}
• การทดลอง CLAS-EG2 ที่Jefferson Labวัดผลกระทบ EMC และความอุดมสมบูรณ์ของ SRC พร้อมกันในคาร์บอนอะลูมิเนียมเหล็กและตะกั่วค้นพบฟังก์ชันการปรับเปลี่ยนสากลของนิวคลีออนในคู่ที่มีความสัมพันธ์ระยะสั้น (SRC) ซึ่งสามารถอธิบายผลกระทบ EMC ในนิวเคลียสที่วัดได้ทั้งหมด^{[ 4 ] [ 5 ]}
• การทดลอง E03-103 ที่Jefferson Labมุ่งเน้นไปที่การวัดนิวเคลียสเบาที่มีความแม่นยำสูง และพบว่าขนาดของผลกระทบจะแปรผันตามความหนาแน่นของนิวเคลียสในพื้นที่มากกว่าความหนาแน่นของนิวเคลียสโดยเฉลี่ย^{[ 6 ]}
• การทดลอง NA37ของกลุ่มความร่วมมือด้านมิวออนใหม่ (NMC) ที่CERN

ปรากฏการณ์ EMC นั้นน่าประหลาดใจเนื่องจากความแตกต่างของระดับพลังงานระหว่างการยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสและการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างลึกซึ้ง พลังงานการยึดเหนี่ยวทั่วไปสำหรับนิวคลีออนในนิวเคลียสอยู่ในระดับ 10 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) การถ่ายโอนพลังงานทั่วไปใน DIS อยู่ในระดับหลายกิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) ดังนั้นจึงเชื่อกันว่าผลกระทบจากการยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสนั้นไม่มีนัยสำคัญเมื่อวัดการกระจายตัวของควาร์ก

มีการเสนอสมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับสาเหตุของปรากฏการณ์ EMC แม้ว่าสมมติฐานเก่าๆ หลายอย่าง เช่นการเคลื่อนที่แบบเฟอร์มิ (ดูรูปที่ 2) ไพอน นิวเคลียร์ และอื่นๆ จะถูกปฏิเสธโดยข้อมูลการกระเจิงของอิเล็กตรอนหรือ ข้อมูล Drell–Yanแต่สมมติฐานสมัยใหม่โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทที่ใช้ได้ คือ การปรับเปลี่ยนสนามเฉลี่ย และคู่ที่มีความสัมพันธ์ระยะสั้น^{[ 7 ] [ 8 ]}

สมมติฐานการปรับเปลี่ยนแบบสนามเฉลี่ยชี้ให้เห็นว่า สภาพแวดล้อมของนิวเคลียสนำไปสู่การปรับเปลี่ยนโครงสร้างของนิวคลีออน เพื่อเป็นตัวอย่าง ลองพิจารณาว่าความหนาแน่นเฉลี่ยภายในสสารนิวเคลียร์อยู่ที่ประมาณ 0.16 นิวคลีออนต่อลูกบาศก์เมตร^³ถ้าหากนิวเคลียสเป็นทรงกลมแข็ง รัศมีของมันจะอยู่ที่ประมาณ 1.1 ลูกบาศก์เมตร³ ซึ่งจะทำให้ความหนาแน่นเหลือเพียง 0.13 นิวคลีออนต่อลูกบาศก์เมตร^³โดยสมมติว่า มีการจัดเรียงตัวแบบแน่นสนิท ใน อุดมคติ

สสารนิวเคลียร์มีความหนาแน่นสูง และการอยู่ใกล้กันของนิวคลีออนอาจทำให้ควาร์กในนิวคลีออนที่แตกต่างกันสามารถโต้ตอบกันโดยตรง ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของนิวคลีออน แบบจำลองสนามเฉลี่ยทำนายว่านิวคลีออนทั้งหมดจะประสบกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระดับหนึ่ง และสอดคล้องกับการสังเกตว่าผลกระทบ EMC เพิ่มขึ้นตามขนาดของนิวเคลียส แปรผันตามความหนาแน่นเฉพาะที่ และอิ่มตัวสำหรับนิวเคลียสขนาดใหญ่มาก ยิ่งไปกว่านั้น แบบจำลองสนามเฉลี่ยยังทำนาย "ผลกระทบ EMC แบบโพลาไรซ์" ขนาดใหญ่: การเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ของ ฟังก์ชันโครงสร้าง g ₁ ที่ขึ้นอยู่กับสปิน สำหรับนิวเคลียสเมื่อเทียบกับโปรตอนและนิวตรอนที่เป็นส่วนประกอบ^{[ 9 ]} การทำนายนี้จะได้รับการทดสอบในเชิงทดลองโดยใช้การวัดเป้าหมาย Li-7 แบบโพลา ไร ซ์เป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรม CLAS-12 ของ Jefferson Lab

แทนที่จะคาดการณ์ ว่านิวคลีออนทั้งหมดจะได้รับการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง สมมติฐาน ความสัมพันธ์ระยะสั้นกลับคาดการณ์ว่านิวคลีออนส่วนใหญ่ในแต่ละช่วงเวลาจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง แต่บางส่วนจะได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก นิวคลีออนที่ได้รับการเปลี่ยนแปลงมากที่สุดคือนิวคลีออนที่อยู่ในคู่ความสัมพันธ์ระยะสั้นชั่วคราว (SRC) มีการสังเกตว่าประมาณ 20% ของนิวคลีออน (ในนิวเคลียสขนาดกลางและหนัก) ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคู่ที่มีอายุสั้นและมีการทับซ้อนกันในเชิงพื้นที่อย่างมีนัยสำคัญกับนิวคลีออนคู่หู

จากนั้นนิวคลีออนในคู่เหล่านี้จะดีดตัวแยกออกจากกันด้วยโมเมนตัมแบบย้อนกลับขนาดใหญ่หลายร้อย MeV/ cซึ่งมากกว่าโมเมนตัมเฟอร์มิของ นิวเคลียส ทำให้พวกมันกลายเป็นนิวคลีออนที่มีโมเมนตัมสูงสุดในนิวเคลียส ในสมมติฐานความสัมพันธ์ระยะสั้น (SRC) ปรากฏการณ์ EMC เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงอย่างมากของนิวคลีออน SRC ที่มีโมเมนตัมสูงเหล่านี้

คำอธิบายนี้ได้รับการสนับสนุนจากการสังเกตว่าขนาดของผลกระทบ EMC ในนิวเคลียสต่างๆ มีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับความหนาแน่นของคู่ SRC ^{[ 10 ] [ 11 ]} สมมติฐานนี้ทำนายการปรับเปลี่ยนที่เพิ่มขึ้นตามโมเมนตัมของนิวคลีออน ซึ่งได้รับการทดสอบโดยใช้เทคนิคการติดแท็กการกระเด็นในการทดลองที่ Jefferson Lab ผลลัพธ์แสดงให้เห็นหลักฐานที่ชัดเจนสนับสนุน SRC ^{[ 4 ]}