质子内部的惊人压力

桑子

我们知道，原子核由质子和中子组成，质子和中子可以继续分割为夸克。以质子为例，它由3个夸克组成——2个上夸克、1个下夸克，夸克通过强核力结合在一起，异常的稳定。然而，质子的内部结构一直是个谜团。显然，这些夸克既紧密结合着，又存在强大的排斥力，以免它们坍塌成一个点。

为了了解质子和夸克的性质，近日，美国托马斯·杰斐逊国家加速器研究所的科学家首次测量了质子内部夸克之间的相互作用力。测量质子内部的压力原本是不可能完成的任务，它的实现得益于两种理论，一种叫做“广义部分子分布”，它可以描述出质子内部结构的三维图像；另一种叫做“引力形状因子”，它可以测得质子内部夸克的能量和动量。结合这两种理论，科学家只要用高能电子撞击质子，并且不断加速电子直到电子可以穿刺质子，通过对散射的电子和生成的光子的观察，就能判断夸克在质子内的受力情况。

实验结果发现，质子的内部是一个类似于高压锅的环境，其外圍存在着一股较微弱的、范围较大的、方向朝内的压力，但是在质子的中心处，夸克竟然承受着1035帕斯卡的压力，这个压力是地球大气压的1030倍！我们知道，中子星是宇宙中密度仅次于黑洞的天体，超新星爆炸后质量不足以产生黑洞时，其中的一种归宿就是塌缩成中子星。中子星物质的密度平均为每立方厘米1011次方千克，一小勺中子星物质的质量几乎等于珠穆朗玛峰的重量。如今，实验显示出质子中心处的压力竟然是中子星核心处压力的10倍，压力的数量级之大远超科学家的想象。接下来，研究人员将继续研究质子和夸克，希望能够揭示微观世界更多的秘密。