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新进展!核物理学家正利用高能电子束,寻找质子颜色透明度的线索

前瞻网    2021-08-17 14:49

质子填充了宇宙中每个原子的原子核。在原子核内部,它们紧紧地附着在邻近的质子和中子上。然而,也有可能敲除体积较小的质子,这样当它们离开原子核时,就不会与附近的粒子发生相互作用。这种现象叫做颜色透明度(color transparency)。

最近,核物理学家们一直在寻找质子中颜色透明度的迹象,但一无所获。

新进展!核物理学家正利用高能电子束,寻找质子颜色透明度的线索

描述由夸克组成的粒子行为的理论,被称为量子色动力学(QCD)。QCD包括许多常见的亚原子粒子,如质子和中子。

它还预测了颜色透明度的现象。物理学家已经观察到更简单的两夸克粒子——介子——的颜色透明度。如果物理学家可以观察或排除质子的颜色透明度,一个更复杂的三夸克系统,他们将获得重要的线索,关于二夸克和三夸克系统在QCD上的区别。

质子是由三个夸克组成的,这三个夸克被强大的力量捆绑在一起,这是粒子物理标准模型的一部分。在普通质子中,强的力会泄露出来,使质子与原子核中附近的质子和中子相互作用。

这是根据QCD理论得出的结论,QCD理论描述了夸克和强作用力如何相互作用。在QCD中,强力也被称为颜色力(color force)。

QCD预测,质子可以波动到一种状态,在这种状态下,它的组成夸克会变得更加紧密地结合在一起,缠绕得如此紧密,以至于颜色力不再泄露出来。

当这种情况发生时,质子可以更自由地运动。这种现象被称为“颜色透明度”(color transparency),因为质子对附近粒子的颜色力是看不见的。

早期的一个实验表明,由两个夸克组成的更简单的粒子具有颜色透明度,而另一个实验表明,质子也具有颜色透明度。这个最新的实验是用科学办公室的用户设备——连续电子束加速器(CEBAF)进行的。

CEBAF的高能电子撞击碳原子的原子核,物理学家测量出了出射电子和数千个质子。研究人员没有观察到颜色透明的迹象。下一步是进行更高精度的实验,以便更好地观察两夸克粒子中的现象,并继续在三夸克粒子中寻找这种现象。这些进一步的测量,可能有助于物理学家更好地解释QCD中二夸克和三夸克系统之间的区别。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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