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        質(zhì)子內(nèi)部的驚人壓力

        2018-09-29 11:06:46桑子
        科學(xué)之謎 2018年8期
        關(guān)鍵詞:中子星夸克內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        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。

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