在一项最新的研究中，科学家利用高能电子在质子内部的散射效应，首次在质子内部的三维空间中进行了测量，并获得了质子内部的压强分布。结果表明，质子中心的压强可高达10的35次方帕斯卡，这是目前宇宙中已知的最高压强。在未来的研究中，科学家或许将能真正测得质子的3D结构图像。这一研究发表于5月16日的《自然》杂志，原标题《质子中的压强分布（The pressure distribution inside the proton）》。
抛开暗物质和暗能量，我们所能看到的宇宙中的大部分物质都是质子、中子与核外电子组成的。目前，粒子物理学家们已经知道，质子和中子都是由3个“夸克”组成，它们之间由强核力（strong nuclear force）结合在一起。
但是，想真正测量到质子内部的结构与物理性质，至今都是极其困难的事情，因为它们实在太小了：质子的直径只有原子的10万分之一左右。现在，在美国“托马斯·杰斐逊国家加速器设施（Thomas Jefferson National Accelerator Facility）”工作的一批科学家利用高能电子作为“解剖刀”，向我们展示出了质子内部的一些物理性质，并首次测得了质子内部空间中的压强分布。
从原子到原子核，再到质子，以及质子内部的结构
研究中，科学家将高能电子发射到质子内部，引发了一种名为“深度虚空康普顿散射（deeply virtual Compton scattering）”的效应，这种效应会激发夸克发出光子，之后测量散射出的电子与光子，科学家就可以分析出质子内部的物理性质了。
“我们发射的电子，由于能量提高导致其波长很短，因而可以看到物体更深入的地方”，论文作者之一的拉季法·埃罗阿德里希（Latifa Elouadrhiri）说道。“这种测量中质子是完整的，我们通过检测激发的光子与散射电子来得出质子的性质。”
科学家们发现，质子的中心有着当前宇宙中已知的最高压强，高达10的35次方帕斯卡——这个数值是中子星内部压强的10倍。这个压力的方向是从质子中心向外，“如果只有中心的这个压力，质子就会爆炸”，埃罗阿德里希说，“在另一个方向上还有一个压力，平衡中心的压力，使质子稳定。”
这些测得的物理性质与现有的一些理论预测相符合，“但这是首次真正观察到这些性质”， 埃罗阿德里希说。
在未来，科学家们将继续深入研究，“对质子进行三维成像、理解质子内部夸克的空间分布以及质子内部的夸克运动”， 埃罗阿德里希说。
美国托马斯·杰斐逊国家加速器设施