親子觀星會

http://technews.tw/2019/02/23/proton-pressure-particle-neutron-star-quark-gluon/

一顆中子星的直徑只有數十公里，卻包含了 1～2 顆太陽的質量，可知其內部壓力要有多高，才能將如此大量的物質壓縮在小小空間裡。然而麻省理工學院一項新研究發現，質子內部壓力比中子星還要大 10 倍

在粒子標準模型中，質子由 3 個基本粒子夸克（2 個上夸克 + 1 個下夸克）組成，夸克又經由膠子所傳遞的強交互作用（宇宙四種基本力中最強的一種）緊密綑綁在一起。細部觀察之，會發現質子中心的夸克和膠子產生一股力往外猛推、而周圍區域又有其他力往內猛壓，兩者不斷競爭抗衡的結果穩定了質子整體結構。

來自麻省理工學院的物理學家們現在利用夸克與膠子的相互作用，計算出質子內部的壓力分佈，發現質子核心壓力高達 10^35 帕（Pa），比中子星的內部壓力大 10 倍。

他們的研究結果和去年來自美國能源部傑斐遜實驗室（托馬斯·傑斐遜國家加速器裝置）團隊的結論相似，後者利用電子束撞擊氫原子目標物，電子與目標質子內部的夸克相互作用，然後研究人員根據電子從目標物散射的方式確定整個質子壓力分佈。

但麻省理工學院研究人員表示，上述研究的分析敘述還不夠完整。傑斐遜實驗室團隊只根據夸克的相互作用計算壓力分布，沒有考慮膠子，然而質子由夸克和膠子組成，它們在質子內部以動態波動方式不斷相互作用著，若要計算壓力分布，兩者缺一不可。

麻省理工學院助理教授 Phiala Shanahan 及其團隊採用量子色動力學（Quantum Chromodynamics，QCD）方程，利用超級電腦計算質子內部壓力，花了約 18 個月運行各種配置，才確定了從質子中心到邊緣每個點的平均壓力，並且相對於傑斐遜實驗室的結果，發現質子周圍的低壓區域擴展得更遠。

眾所皆知中子星密度高得嚇人，一茶匙中子星的物質其重量是月球 15 倍。但現在分析證明，構成宇宙中大部分可見物質的粒子質子，壓力更大。新論文發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。