【今日視點】

　　質子潛伏於(yu) 每個(ge) 原子的核心深處，原子中質子的數量決(jue) 定了其是氫、碳、氧還是鈾。質子占宇宙中可見物質質量的86%以上，是人類賴以生存的基礎。盡管質子無所不在，但它就像“最熟悉的陌生人”，頭上仍然籠罩著幾層神秘的麵紗，等待人們(men) 逐一揭示。

　　中國科學院高能所研究員李玉峰對科技日報記者說：“我們(men) 耳熟能詳的質子身上背負著多個(ge) 未解之謎，包括最基本的問題：它由什麽(me) 組成？它有多大？以及它是否會(hui) 衰變等。”

　　質子由什麽(me) 組成

　　李玉峰指出：“一個(ge) 簡單並經常被提起的質子‘畫像’是：兩(liang) 個(ge) 上誇克和一個(ge) 下誇克借助強核力結合在一起形成質子。”

　　但當物理學家更深入研究質子時，發現情況可能更加複雜：組成質子的這3個(ge) 誇克周圍是一個(ge) 由其他粒子組成的翻騰的海洋，這些粒子會(hui) 突然出現和消失。這意味著可能會(hui) 有其他誇克“誤入”質子內(nei) 部。

　　李玉峰介紹說，1980年，歐洲核子研究中心（CERN）繆子合作組的科學家開展的一項實驗表明，質子可能含有粲誇克及反粲誇克，這一結果引發激烈爭(zheng) 議，但最終並未塵埃落定。隨後不少科學家試圖確定質子中粲誇克的成分，但所得到的結果相互矛盾。

　　2022年，荷蘭(lan) 阿姆斯特丹自由大學的胡安·羅霍團隊結合了大量實驗數據集和全新的機器學習(xi) 工具，證明質子動量的一小部分（約0.5%）來自粲誇克。

　　盡管新證據的統計顯著性沒有達到“發現”的閾值，但最新數據得到了CERN大型強子對撞機（LHC）實驗的支持，該實驗報告稱，質子可能含有粲誇克確實存在“蛛絲(si) 馬跡”。

　　LHC等粒子加速器上開展的其他物理實驗，也依賴於(yu) 質子結構的精確模型，隻有探明了質子是否含有粲誇克等謎團，物理學家才能最終在一些最大的“懸案”上取得進展。

　　質子有多大

　　質子有多大？這是一個(ge) 非常基本的問題，但物理學家們(men) 仍未在這方麵達成共識。

　　此前他們(men) 大致同意質子的半徑約為(wei) 0.88飛米（1飛米為(wei) 千萬(wan) 億(yi) 分之一米），但2010年的一項新測量打破了這一共識。瑞士保羅謝勒研究所開展的實驗證明，質子比之前認為(wei) 的要小，雖然隻小了0.04飛米，但仍是個(ge) 巨大差異。科學家們(men) 對此的解釋是：一個(ge) 或多個(ge) 實驗中出現錯誤，或存在超越粒子物理學標準模型的新粒子。

　　2010年以後，使用μ子氫的實驗也證實，質子比之前認為(wei) 的要小。2019年，科學家們(men) 發布了使用電子散射和普通氫躍遷的新測量結果，與(yu) μ子氫實驗得出的質子半徑一致。去年，德國波恩大學和達姆施塔特工業(ye) 大學科學家用一種新技術重新分析了舊數據，也發現了支持更小質子的結果。

　　質子會(hui) 衰變嗎

　　人們(men) 所知道的所有其他複合粒子的生命都是短暫而不確定的。例如中子的“平均壽命”隻有15分鍾，隨後就會(hui) 發生衰變。但盡管進行了幾十年的探索，但從(cong) 未有人看到質子“老去”。

　　英國《新科學家》網站報道指出，質子是否衰變這一問題與(yu) 現代科學的一項偉(wei) 大任務——尋找大統一理論有關(guan) 。大統一理論將把粒子物理學標準模型中的強核力、弱核力和電磁力統一為(wei) 單一實體(ti) 。在粒子物理標準模型中，質子是穩定的。假如存在比標準模型更基本的大統一理論，就會(hui) 存在新的力，從(cong) 而導致質子衰變。

　　20世紀80年代，美國和日本的兩(liang) 個(ge) 物理學家團隊試圖尋找質子衰變。他們(men) 分別在美國伊利湖下和日本飛彈市的一個(ge) 礦場裏放置了巨大的水箱，每個(ge) 水箱都裝滿了數千噸超純水，水箱周圍安裝有探測器，以捕捉黑暗水中可能會(hui) 出現的閃光，這可能預示著質子的衰變。但經過多年觀察和等待，這兩(liang) 個(ge) 實驗都是“竹籃打水一場空”。從(cong) 1996年開始，“超級神岡(gang) ”實驗持續尋找質子衰變，但迄今一無所獲。

　　李玉峰表示：“這些尋找質子衰變的實驗雖然在‘主業(ye) ’上一無所獲，但它們(men) 意外地發現了大氣中微子振蕩現象的直接證據，再次說明基礎物理實驗常常能夠做到‘無心插柳柳成蔭’。”

　　盡管如此，物理學家們(men) 還是計劃建更大的探測器——“頂級神岡(gang) ”實驗，其水箱將容納26萬(wan) 噸水，並將於(yu) 2027年開始收集數據，最終或許能發現質子衰變的證據。

　　“找到上述問題的答案不僅(jin) 會(hui) 改變對質子本身的理解，也可能改變對宇宙及支配宇宙運作基本定律的理解。”李玉峰強調說。（記者 劉 霞）