一个质子(如图所示)包含三种称为夸克的粒子(红色、绿色和蓝色斑点)。在电场中,这些夸克的移动似乎比理论预测的要多,使质子比想象的更具弹性。
亚原子粒子由称为夸克的较小粒子构成,它们通过称为强力的强大相互作用结合在一起。物理学家NikolaosSparveris及其同事在10月19日的《自然》杂志上报告说,新的实验似乎表明夸克对拉动它们的电场的反应超出预期。结果表明,强力并不像理论预测的那样强大。
这一发现与粒子物理学的标准模型不一致,粒子物理学描述了结合起来构成我们和我们周围一切的粒子和力。这一结果让一些物理学家对如何解释它感到困惑——或者甚至是否要尝试。
费城坦普尔大学的Sparveris说:“如果这种情况持续存在,对于强相互作用的物理学来说肯定是令人费解的。”
Sparveris说,这种弹性在其他实验室的实验中也出现过,但并不那么令人信服。他和他的同事测得的弹性不像以前的实验那样极端,但实验的不确定性也较小。这增加了研究人员的信心,即质子确实比理论认为的更具弹性。
在弗吉尼亚州纽波特纽斯的托马斯杰斐逊国家加速器设施中,研究小组通过向超冷液态氢目标发射电子来探测质子。从氢中的质子散射出的电子揭示了质子的夸克如何响应电场(SN:9/13/22)。电子能量越高,研究人员就能越深入地观察质子,电子就越能揭示质子内部的强力是如何工作的。
在大多数情况下,当电相互作用将粒子拉向相反方向时,夸克会按预期移动。但有一次,随着电子能量的增加,夸克对电场的反应似乎比理论预测的要强烈。
但这只发生在小范围的电子能量上,导致质子拉伸图中的一个凸起。
“通常情况下,这些东西的行为非常平稳,没有颠簸,”德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的物理学家VladimirPascalutsa说。
Pascalutsa说他经常渴望深入研究令人费解的问题,但质子奇怪的弹性对他来说太粗略了,此时他无法用铅笔写下来。他说:“你需要非常、非常有创造力,才能想出一个能以某种方式为你找到新效果的完整框架”来解释这种颠簸。“我不想扼杀嗡嗡声,但是,是的,作为一个理论家,我非常怀疑这件事会留下来。”
Pascalutsa说,需要更多的实验才能让像他这样的理论家对异常有弹性的质子感到兴奋。如果Sparveris再次尝试用正电子(电子的反物质版本,从质子中散射出来)再次尝试实验,他就能如愿以偿。
Pascalutsa说,完全不同类型的实验可能会使弹性质子更具吸引力。瑞士菲利根的PaulScherrer研究所即将开展的一项研究可以解决这个问题。它将使用具有μ子的氢原子代替通常绕原子核运行的电子。介子的重量大约是电子的200倍,并且比电子更靠近原子核运行——这让我们可以更仔细地观察内部的质子(SN:10/5/17)。该实验将涉及用激光刺激“μ子氢”,而不是从中散射其他电子或正电子。
“μ子氢实验的精度将远高于散射实验所能达到的精度,”Pascalutsa说。如果弹性也出现在那里,“那么我会马上开始研究这个。”