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科学家首次计算出质子的内部压力:甚至比中子星杰斐逊质子电子新浪技术还要高。_高鹰生殖中心

来源: 新华社
05:28:20

刘备科学家首次计算出质子的内部压力:甚至比中子星杰斐逊质子电子新浪技术还要高。

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    根据一项新的研究,质子核上的压力远高于中子星内部的压力。中子星是宇宙中密度最大的物体之一,它能承受如此大的压力,以至于一茶匙中子星物质的质量相当于月球的15倍。然而,物理学家发现质子,构成宇宙中大部分可见物质的基本粒子,其内部压力甚至比中子星还要高。麻省理工学院的物理学家首次计算了质子内部的压力分布,发现质子有一个高压核,在其最大密度下产生的压力远高于中子星内部的压力。核心从质子中心向外突出,而核心周围的区域向内突出。这两种压力之间的竞争有稳定质子整体结构的作用。研究结果发表在2月22日的《物理评论快报》上。这是物理学家第一次通过考虑夸克和胶子(构成质子的基本亚原子粒子)之间的相互作用来计算质子的压力分布。”压力是质子的一个基本特征,我们还不太了解它,”该研究的第一作者、麻省理工学院物理助理教授菲阿拉·沙纳汉说。现在我们发现质子中心的夸克和胶子产生显著的向外压力,而且越接近边缘,就有一个限制压力。有了这个结果,我们就有机会了解质子结构的全貌。FiaraShanahan与另一位作者,麻省理工学院物理学助理教授WilliamDetmold完成了这项研究。他们都是麻省理工大学核科学实验室的研究人员。2018年5月,美国能源部托马斯杰斐逊国家加速器设施的物理学家宣布,他们首次通过向氢原子靶发射电子束来测量质子的压力分布。这些电子与目标质子内的夸克相互作用。然后,物理学家根据电子在靶中的分散方式,确定了整个质子的压力分布。他们的测量表明质子内部有一个高压中心,最高压力为10^35帕斯卡,是中子星内部压力的10倍。然而,Shanahan说,在这项研究中对质子压力的描述是不完整的。”“他们发现了相当令人难以置信的结果,”沙纳汉说,“但是这些结果要服从一些重要的假设。这些假设是必要的,因为认知是不全面的。具体地说,研究人员根据质子中夸克的相互作用来估算压力,但没有考虑胶子。质子由夸克和胶子组成,它们在质子内以动态和波动的方式持续相互作用。Shanahan说,杰斐逊实验室团队只通过探测器识别了夸克的贡献,但忽略了质子压力分布的很大一部分。”在过去的60年里,我们学到了很多关于夸克在质子结构中的作用的知识。但是理解胶子结构是非常非常困难的,因为众所周知,测量和计算是非常困难的。”Shanahan和Detmold不是用粒子加速器来测量质子压力,而是用超级计算机来计算夸克和胶子之间的相互作用来理解胶子在质子压力中的作用。沙纳汉说:“在质子内部,有一个量子空间,成对的夸克和反夸克搅动和胶子继续出现和消失。”我们的计算包含了所有这些动态变化。”为了做到这一点,研究小组在物理学中使用了一种称为晶格QCD的技术。量子色动力学(QCD)是描述夸克和胶子之间强相互作用的标准动力学理论。在标准模型中,强相互作用是粒子物理中四种基本力中最强的。它结合夸克和胶子形成质子。晶格量子色动力学计算使用一个四维网格,其中点代表三维空间和另一个一维时间。研究人员利用晶格上定义的量子色动力学方程来计算质子内部的压力。”它需要大量的计算,所以我们使用世界上最强大的超级计算机来进行这些计算。研究小组花了大约18个月在几台超级计算机上运行各种夸克和胶子参数,然后确定质子内从中心到边缘每一点的平均压力。Shanahan和Detmold发现,在考虑了胶子的作用后,质子的压力分布与杰斐逊实验室测量的相比发生了显著变化。”第一次

    

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