桑子

我們知道，原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子可以繼續(xù)分割為夸克。以質(zhì)子為例，它由3個(gè)夸克組成——2個(gè)上夸克、1個(gè)下夸克，夸克通過(guò)強(qiáng)核力結(jié)合在一起，異常的穩(wěn)定。然而，質(zhì)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一直是個(gè)謎團(tuán)。顯然，這些夸克既緊密結(jié)合著，又存在強(qiáng)大的排斥力，以免它們坍塌成一個(gè)點(diǎn)。

為了了解質(zhì)子和夸克的性質(zhì)，近日，美國(guó)托馬斯·杰斐遜國(guó)家加速器研究所的科學(xué)家首次測(cè)量了質(zhì)子內(nèi)部夸克之間的相互作用力。測(cè)量質(zhì)子內(nèi)部的壓力原本是不可能完成的任務(wù)，它的實(shí)現(xiàn)得益于兩種理論，一種叫做“廣義部分子分布”，它可以描述出質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維圖像；另一種叫做“引力形狀因子”，它可以測(cè)得質(zhì)子內(nèi)部夸克的能量和動(dòng)量。結(jié)合這兩種理論，科學(xué)家只要用高能電子撞擊質(zhì)子，并且不斷加速電子直到電子可以穿刺質(zhì)子，通過(guò)對(duì)散射的電子和生成的光子的觀察，就能判斷夸克在質(zhì)子內(nèi)的受力情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子的內(nèi)部是一個(gè)類似于高壓鍋的環(huán)境，其外圍存在著一股較微弱的、范圍較大的、方向朝內(nèi)的壓力，但是在質(zhì)子的中心處，夸克竟然承受著1035帕斯卡的壓力，這個(gè)壓力是地球大氣壓的1030倍！我們知道，中子星是宇宙中密度僅次于黑洞的天體，超新星爆炸后質(zhì)量不足以產(chǎn)生黑洞時(shí)，其中的一種歸宿就是塌縮成中子星。中子星物質(zhì)的密度平均為每立方厘米1011次方千克，一小勺中子星物質(zhì)的質(zhì)量幾乎等于珠穆朗瑪峰的重量。如今，實(shí)驗(yàn)顯示出質(zhì)子中心處的壓力竟然是中子星核心處壓力的10倍，壓力的數(shù)量級(jí)之大遠(yuǎn)超科學(xué)家的想象。接下來(lái)，研究人員將繼續(xù)研究質(zhì)子和夸克，希望能夠揭示微觀世界更多的秘密。