新实验观察质子内部结构,可能破译质子内胶子质量

就科学家当前理解,质子内部行为与结构一片混乱,其中一个谜团就是质子质量来源。现在一群粒子物理学家确定了质子大部分质量分布位置,还可能揭开隐藏的质子内胶子质量。

质子最大谜团之一是它的质量来源。我们知道这个世界的物质基本都由夸克组成,质子内部也是由3个夸克构成,夸克再通过另一种基本粒子“胶子(gluon)”束缚着。然而物理学家发现,就算将质子内所有夸克质量加总起来,仍远不足质子直接测出的整体质量。

过去几10年来,粒子物理学家拼凑出质子质量其他来源,比如从夸克运动过程获得更多质量、从将夸克黏合在一起的“胶子”获得质量,以及夸克与胶子动态相互作用再获得一些质量。

最近,一项在托马斯·杰斐逊国家加速器设备(JLab)进行的实验测量了胶子运动,发现质子质量半径小于电荷分布半径,而更大的电荷半径代表质子质量更加集中,说明胶子活动可能延伸到电荷半径之外,阐明质子内部结构限制与质量分布。

虽然尚不清楚质子质量确切分布、与胶子活动的联系,但研究人员表示,通过精确定位质子中胶子产生之位置,最终可能进一步揭开胶子额外贡献的质量。新论文发表在《自然》(Nature)期刊。

(首图来源:阿贡国家实验室)