质子位于所有原子的原子核中，但它们不是基本粒子：它们由三个夸克组成，这些夸克被。这种相互作用的强度实际上比电磁力更强烈，并且比粒子之间的引力更强烈。一项新的研究绘制了这种强度图，揭示了这些力的强度有多大——质子内的力可达 500,000 牛顿（112,400 磅力）。
本文的其余部分位于付费墙后面。请登录或订阅以访问完整内容。
这大约是航天飞机推力的 4%，或者说，如果您以 100 公里/小时（61 英里/小时）的速度撞到墙上，安全带所受到的力。由于重量也是一种力，因此相互作用相当于 10 头大象、5 架哈勃望远镜（离家较近的相当于 5 辆校车）或 4 个大本钟（钟而不是整个钟楼）的重量。在如此微小的范围内，这是一种令人难以置信的力量。
该研究的主要作者、阿德莱德大学的约书亚·克劳福德 (Joshua Crawford) 在一份报告中表示：“我们的研究结果表明，即使在如此微小的尺度上，所涉及的力量也是巨大的，达到 50 万牛顿，相当于大约 10 头大象，压缩在一个远小于原子核的空间内。”陈述.
“这些力图提供了一种新的方式来理解质子复杂的内部动力学，有助于解释为什么它在高能碰撞中表现得如此，例如大型强子对撞机中的碰撞，以及在探索物质基本结构的实验中。”
质子内的夸克与原子核中其他质子和中子的夸克之间的相互作用非常难以完全建模。为了使问题更加清晰，团队必须使用一种复杂的技术。
“我们使用了一种名为晶格量子色动力学的强大计算技术来绘制质子内部作用力的图，”合著者、阿德莱德大学副教授罗斯·杨补充道。
“这种方法将空间和时间分解成一个精细的网格，使我们能够模拟强力——将夸克结合成质子和中子的基本相互作用——在质子内部不同区域之间的变化。”
对理解质子内部结构的兴趣当然是理论上的，因为计算出这些相互作用为粒子碰撞实验可以实现的目标打开了一扇窗。尽管如此，随着质子束的实际用途，仍有一些有趣的应用。
“随着研究人员不断解开质子的内部结构，更深入的了解可能有助于完善我们在尖端技术中使用质子的方式，”杨说。 “一个突出的例子是质子疗法，它使用高能质子精确靶向肿瘤，同时最大限度地减少对周围组织的损害。
“正如理解光的早期突破为现代激光和成像铺平了道路一样，提高我们对质子结构的了解也可以塑造下一代科学和医学应用。”
论文发表在期刊上物理评论快报.
