在一項最新的研究中，科學家利用高能電子在質子內部的散射效應，首次在質子內部的三維空間中進行了測量，並獲得了質子內部的壓強分佈。結果表明，質子中心的壓強可高達10的35次方帕斯卡，這是目前宇宙中已知的最高壓強。在未來的研究中，科學家或許將能真正測得質子的3D結構圖像。這一研究發表於5月16日的《自然》雜誌，原標題《質子中的壓強分佈（The pressure distribution inside the proton）》。
拋開暗物質和暗能量，我們所能看到的宇宙中的大部分物質都是質子、中子與核外電子組成的。目前，粒子物理學家們已經知道，質子和中子都是由3個“夸克”組成，它們之間由強核力（strong nuclear force）結合在一起。
但是，想真正測量到質子內部的結構與物理性質，至今都是極其困難的事情，因為它們實在太小了：質子的直徑只有原子的10萬分之一左右。現在，在美國“托馬斯·傑斐遜國家加速器設施（Thomas Jefferson National Accelerator Facility）”工作的一批科學家利用高能電子作為“解剖刀”，向我們展示出了質子內部的一些物理性質，並首次測得了質子內部空間中的壓強分佈。
從原子到原子核，再到質子，以及質子內部的結構
研究中，科學家將高能電子發射到質子內部，引發了一種名為“深度虛空康普頓散射（deeply virtual Compton scattering）”的效應，這種效應會激發夸克發出光子，之後測量散射出的電子與光子，科學家就可以分析出質子內部的物理性質了。
“我們發射的電子，由於能量提高導致其波長很短，因而可以看到物體更深入的地方”，論文作者之一的拉季法·埃羅阿德里希（Latifa Elouadrhiri）說道。“這種測量中質子是完整的，我們通過檢測激發的光子與散射電子來得出質子的性質。”
科學家們發現，質子的中心有著當前宇宙中已知的最高壓強，高達10的35次方帕斯卡——這個數值是中子星內部壓強的10倍。這個壓力的方向是從質子中心向外，“如果只有中心的這個壓力，質子就會爆炸”，埃羅阿德里希說，“在另一個方向上還有一個壓力，平衡中心的壓力，使質子穩定。”
這些測得的物理性質與現有的一些理論預測相符合，“但這是首次真正觀察到這些性質”， 埃羅阿德里希說。
在未來，科學家們將繼續深入研究，“對質子進行三維成像、理解質子內部夸克的空間分佈以及質子內部的夸克運動”， 埃羅阿德里希說。
美國托馬斯·傑斐遜國家加速器設施
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