新测量证实质子结构存在异常

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科技日报北京10月21日电 （记者刘霞）美国科学家在最新一期《自然》杂志上撰文指出，他们借助美国能源部下属托马斯杰斐逊国家加速器设施，对质子的极化率开展了新精确测量，结果发现了质子结构的异常——质子比此前认为的更有弹性，证实了此前被认为是误差的异常现象。研究人员称，造成异常的根源目前仍未知，可能表明存在未知作用力。

质子由三个被称为夸克的较小粒子组成，夸克携带正电荷或负电荷。当将质子置入电场中时，携带不同电荷的夸克会朝相反方向运动，导致质子变形或拉伸，拉伸或变形程度被称为极化率。与大小或电荷一样，极化率也是质子结构的基本性质。

在最新研究中，为更精确探测质子极化率，科学家们使用了名为虚拟康普顿散射的过程，将杰斐逊实验室连续电子束加速器设施内精心控制的高能电子束射向质子。

研究人员解释称，在虚拟康普顿散射中，电子通过发射高能光子或光粒子与其他粒子相互作用。电子的能量决定了其发射光子的能量，也决定了光子如何与其他粒子相互作用。低能光子可能会从质子表面反弹；而高能光子则会在质子内部爆炸，与其中一个夸克相互作用。理论预测，当这些光子—夸克相互作用从低能跃迁到高能时，它们将形成一条平滑的曲线。

美国天普大学物理学副教授尼科斯·斯巴弗斯表示，最新测量结果显示极化率在局部存在一些增强，表明质子可能比我们此前认为的更具弹性，拉伸程度更强，可能是一种未知力在起作用。他说：“质子是物质重要的基础组成部分，如果质子领域缺少一些基本的东西，如未知作用力，将对物理学各个领域产生影响。”