质子内部压力有多大?科学家发现是地球大气压的100万亿亿亿倍!

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我们都知道原子是构成物质的基本单位,生活中接触到的有形物质不管是金属还是非金属都是由原子构成的,而原子的质量主要集中在质子上,科学界目前已经知道质子是可以继续分割的,质子由夸克构成。为了进一步探索夸克和质子的性质,近日美国科学家测量了质子内部夸克的相互作用力,发现夸克竟然承受了10的35次方帕的压力,这个压力是中子星核心压力的10倍,是地球大气压的100万亿亿亿倍!!

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而中子星又是宇宙中密度仅次于黑洞的天体,超新星爆炸后质量不足以产生黑洞的一种归宿就是变成中子星,中子星物质的密度平均在每立方厘米10的14次方克,一小勺中子星物质的质量几乎等于珠穆朗玛峰的重量,人类如果到了中子星上就会瞬间分解变成中子态物质,引力压强远超人类想象!

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在测量试验中,科学家用了和当年卢瑟福α粒子轰击试验相似的方法-康普顿散射,利用大量的电子撞击质子,并且不断加速电子直到电子可以穿刺质子,除了被散射的电子外,还产生了一定能量的光子,通过对散射光子的观察,绘制出了能量-动量图,发现质子内部三个夸克的结构非常稳定,这种强相互作用使夸克牢牢地结合在一起,压力的大小是地球大气压的100万亿亿亿倍,也就是10的35次方帕。

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有时候我们不得不感叹自然界的神奇,并不是只有陨石撞击地球才会有杀伤力,我们身边的任何物质,哪怕构成一块木头内部的质子同样也具有这么大的压力,这些微观粒子能够释放的能量比宏观物质要大多了。比如去年11月2日发表在《nature》的一篇论文中提到了,科学家发现了比氢聚变威力更大的夸克聚变,同等单位量情况下,夸克聚变能够释放的能量是氢聚变的8倍。

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越是微小的粒子结构改变释放或消耗的能量就越大,例如原子结构改变释放的能量远超分子结构改变,夸克结构改变所释放的能量肯定比原子结构改变所释放的能量要大。按照这个道理,理论上光子对撞可以互相湮灭,释放的能量比夸克聚变更大。

质子内部的压力从另一个角度告诉我们,越是微小的粒子它暗含的能量可能就越大。