重磅：質子內部壓力是中子星的十倍

這曾被認為是不可能完成的任務。如今，物理學家首次測得質子內部的壓力，結果超乎想像。他們用高能電子轟擊質子，測得夸克的推力與拉力。美國托馬斯傑斐遜國家加速器實驗室的物理學家Latifa Elouadrhiri打了個比方：如今，我們擁有醫學3D成像技術，醫生能夠以非侵入的方式了解心臟結構；新一代物理實驗也是如此。

質子是宇宙中最穩固的基本構件，由3個夸克組成——2個上夸克、1個下夸克，它們通過強核力(強相互作用)結合在一起。除此之外，質子的內部結構一直是個謎團。顯然，這些夸克緊密結合著，但似乎又存在某種排斥力，以免它們坍塌成一個點。

如今，為探究夸克的結合情況，研究人員結合了兩種不同的理論框架——其中一種曾被認為無法直接實施。我們可以通過「引力形狀因子」，測得質子內部粒子的能量和動量。我們知道，引力非常弱。在粒子物理學中，它很少被考慮。然而，深入質子內部時，粒子的能量和動量會影響引力場。

1966年，美國物理學家海茲·帕各斯在描述這個過程時，也排除了實際應用的可能性——因為引力實在太弱了。但他沒有料到，隨著理論物理學的發展，電磁力和引力形狀因子產生了聯繫。換句話說，科學家後來發現，電子可以用來探測引力。其中的關鍵在於利用「康普頓效應」——描述光子和帶電粒子(如電子)的相互作用。

這回，研究人員用高能電子轟擊光子，然後觀察光子的散射情況，判斷夸克對撞擊的反應。他們根據散射情況推斷能量和動量，進而推斷質子中心的向外推力——向外的推力等於向內的壓力。結果顯示：夸克內部承受著10^35帕斯卡的壓力，這比中子星的壓力還高十倍。

接下來，研究團隊將繼續利用這種方法，探究質子的內部機制，希望最終能夠破解夸克的運動方式。了解質子的內部結構有助於我們探究它的衰退機制，進而揭曉宇宙的某些基本特徵。目前看來，他們似乎足夠穩定，壽命可以超過宇宙。

本研究發表於《Nature》。

本文譯自 sciencealert，由譯者 蛋花 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
原作者：MIKE MCRAE

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