可憐的質子：那些小粒子承受著很大的壓力。一項新的研究發現，質子的內部被擠壓得程度比我們測量過的任何其他物質的擠壓程度都要大。
“這確實是我們所見過的最高壓力，”發表在5月17日“自然”雜誌上的這項研究的合著者物理學家沃爾克·伯克特(Volker Burkert)說。質子打破了中子星所創造的壓力記錄。中子星是一顆非常密集的死星，當一顆大質量恆星爆炸時，它的核心塌陷，將比太陽更大的質量擠進一個城市大小的殘餘物中，就形成了中子星。
來自弗吉尼亞州紐波特新聞的托馬斯·傑斐遜國家加速器設施的伯克特和他的同事們報告說，質子中心的壓力平均是地球大氣壓力的10^30倍。這大約是中子星內部壓力的10倍。之前，科學家從理論上預測這種壓力可能發生在質子內部，但新的結果是第一個實驗質子壓力計。
在質子研究中，儘管壓力是質子的基本性質之一，但粒子的內壓分佈在很大程度上是一個尚未探索的前沿。“它和電荷或質量一樣重要。”位於斯托爾斯的康涅狄格大學的物理學家彼得·施韋策說，但直到現在還不為人知。
質子由較小的粒子組成，包括帶電的夸克和膠子，膠子傳遞將質子聚集在一起的強大核力。在這個粒子球的中心，Burkert和他的同事報告說，一個強烈的壓力向外推。但是這種破紀錄的外力受到來自粒子外部區域的內壓的控制。
這種壓力模式與在大得多的物體上發生的情況相似：“從某種意義上說，它看起來像一顆恆星。”俄羅斯杜布納聯合核研究所的物理學家奧列格·泰雅耶夫(Oleg Teryaev)說。恆星的中心也有向外推的壓力，這抵消了引力的內在吸引力。
質子是通過強大的力量結合在一起的，就像恆星是由引力結合在一起一樣。但這些微小的質子是另一種情況。Teryaev說，這兩個物體在壓力方面有相似之處，這是“自然的，但這並不是完全微不足道的”。
為了量化質子的擠壓，研究人員使用了名為CLAS的粒子探測器的數據，CLAS是位於傑斐遜實驗室的連續電子束加速器設施大型接收分光計的縮寫。在與CLAS的實驗中，科學家們將電子射向了液氫(質子的一個豐富來源)，並觀察了當電子與質子的成分相互作用併產生反射時發生了什麼。新的測量是基於2015年的數據，這是第一次使用一種可以測試質子壓力的技術進行分析。
然而，這個實驗研究的是質子中的夸克，而不是膠子，因為電子的能量，不足以讓電子充分探測質子。為了進行壓力估算，研究人員假設膠子的壓力貢獻與夸克相同，這與一些理論預測是一致的。
未來的粒子加速器，如計劃中的電子-離子對撞機，將允許測量膠子的貢獻，以便更好地估計壓碎的質子承受的壓力。
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