夸克是否會在原子核內穿梭流動？

他是最受媒體歡迎的科學家，也是會寫詩的天文學家，儘管工作任務極為繁重，仍堅持以極大的熱情投身科學傳播，他就是張雙南。

我們特別收集整理了「悟空問答」上張雙南對部分提問的回答, 與您共享科學。本文為張雙南問答系列第一則。

張雙南

— 研究員 —

張雙南，中國科學院高能物理研究所研究員，中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任。研究領域為黑洞、中子星、宇宙學和空間天文。天宮二號「天極」伽瑪射線暴偏振測量項目、「硬X射線調製望遠鏡」衛星項目以及若干大型國際合作空間天文項目首席科學家。

入選國家傑青、長江教授、「千人計劃」。獲「趙九章優秀中青年科學獎」、義大利Ferrara大學「哥白尼科學家獎」。

網友提問

如果多個原子結合在一起，形成晶體或者分子，其中的電子可以跨過本原子範圍穿梭到其他原子範圍。想像一下原子核內部的中子和質子，他們內部的夸克也會不會有類似的流動或穿梭？

這是一個極好的問題，恰好是原子核物理研究的最前沿問題之一！

我們知道質子和中子是由夸克組成的，但是在任何實驗中都沒有探測到過夸克，這是為什麼？原因就是夸克之間的作用非常奇特：由於質子和中子的體積非常小，夸克在質子和中子裡面靠的很近，但是幾乎是自由粒子，相互之間互不理睬。可是一旦某個夸克試圖從質子或者中子裡面逃出來的時候，隨著夸克之間的距離增加，他們之間產生了吸引力，而吸引力的強度隨著距離的稍微增加而迅速增加，這樣任何一個夸克都不可能從質子或者中子裡面跑出來，這個現象叫做夸克漸進自由或者夸克禁閉。前者說的是夸克靠的越近就越沒有相互作用，因此是自由的。而後者說的是，夸克被永遠禁閉在質子或者中子裡面，不可能出來。

那麼根據上述的模型，在一個由多個質子和中子組成的原子核裡面，每一個質子或者中子的夸克只能被禁閉在這個質子或者中子裡面，不會在不同的質子或者中子之間流動或者穿梭。但是這個模型不能解釋最近的一系列高能原子核實驗結果，也就是用高能粒子轟擊原子核的結果。這些新的實驗結果似乎表明，原子核中的質子或者中子裡面的夸克會有一定的幾率逃出來，甚至會在不同的質子和中子之間交換，也就是有可能在不同的質子或者中子之間流動或者穿梭，這個現象被稱為夸克自由度，和夸克禁閉恰好相反。當然，夸克自由度的研究還很初步，目前的結論也比較不確定，有待於進一步的實驗和理論研究。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！