北京
物理学家常说，宇宙就像水往低处流——这并非某种新时代的灵性口号，而是粒子物理的基本规律：粒子和系统总是自发趋向更低的能量状态，较重的粒子会衰变成较轻的粒子。而质子，恰恰就处在“山脚”：它是最轻的重子（由夸克组成的亚原子粒子），迄今为止从未有人观测到质子自发衰变。 这种看似永恒的稳定性，与“重子数守恒”密切相关，而重子数正是区分物质与反物质的关键性质之一。长期以来，物理学界普遍认为，重子数由组成重子（如质子和中子）的三个“价夸克”所携带。然而，一项刚刚发表于《科学》杂志的新研究，给出了迄今最强的实验证据，表明这一简单图景可能并不正确。 由STAR合作组完成的研究，利用接近光速的高能粒子碰撞，对两种竞争理论进行了关键检验。其中一种理论认为重子数由价夸克携带；另一种则追溯到1970年代提出、却一直难以验证的“重子结”假说——重子内部存在一个Y形结构，由无质量胶子像“胶水”一样将重子维系在一起，而这个结可能才是重子数的真正载体。 研究人员在论文中写道：“重子结的三个末端连接到价夸克，因此在大多数物理过程中，很难区分到底是重子结还是价夸克携带了重子数。”这正是一个长期悬而未决的基本问题：宇宙中的物质究竟靠什么凝聚在一起？ 为了检验这两种理论，STAR合作组分析了不同类型高能粒子碰撞的结果。他们的发现为“重子结携带重子数”这一观点提供了迄今最强的实验支持，同时挑战了传统的价夸克图像。若这一结论得到进一步确认，将深刻改变我们对物质本质和质子稳定性的理解。 当然，这并非终点。研究人员强调，还需要更多实验来彻底区分两种图景。但无论如何，这场关于“质子如何稳立山脚”的争论，正迎来一个激动人心的转折点。
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