新測量證實質子結構存在異常

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科技日報北京10月21日電 （記者劉霞）美國科學家在最新一期《自然》雜志上撰文指出，他們借助美國能源部下屬托馬斯杰斐遜國家加速器設施，對質子的極化率開展了新精確測量，結果發現了質子結構的異常——質子比此前認為的更有彈性，證實了此前被認為是誤差的異常現象。研究人員稱，造成異常的根源目前仍未知，可能表明存在未知作用力。

質子由三個被稱為夸克的較小粒子組成，夸克攜帶正電荷或負電荷。當將質子置入電場中時，攜帶不同電荷的夸克會朝相反方向運動，導致質子變形或拉伸，拉伸或變形程度被稱為極化率。與大小或電荷一樣，極化率也是質子結構的基本性質。

在最新研究中，為更精確探測質子極化率，科學家們使用了名為虛擬康普頓散射的過程，將杰斐遜實驗室連續電子束加速器設施內精心控制的高能電子束射向質子。

研究人員解釋稱，在虛擬康普頓散射中，電子通過發射高能光子或光粒子與其他粒子相互作用。電子的能量決定了其發射光子的能量，也決定了光子如何與其他粒子相互作用。低能光子可能會從質子表面反彈；而高能光子則會在質子內部爆炸，與其中一個夸克相互作用。理論預測，當這些光子—夸克相互作用從低能躍遷到高能時，它們將形成一條平滑的曲線。

美國天普大學物理學副教授尼科斯·斯巴弗斯表示，最新測量結果顯示極化率在局部存在一些增強，表明質子可能比我們此前認為的更具彈性，拉伸程度更強，可能是一種未知力在起作用。他說：“質子是物質重要的基礎組成部分，如果質子領域缺少一些基本的東西，如未知作用力，將對物理學各個領域產生影響。”