質子內部力量驚人，相當於五輛校車的重量

這股力量約佔太空梭推力的4%，或是當你以每小時100公里（61英里）的速度撞牆時，安全帶所承受的力道。由於重量也是一種力量，這種相互作用相當於10頭大象、5臺哈伯望遠鏡（或更貼近生活的5輛校車），或是4座大笨鐘（僅指鐘本身，而非整個鐘樓）的重量。在如此微小的尺度上，這股力量令人難以置信。

「我們的研究顯示，即使在這些極小的尺度上，所涉及的力量也非常巨大，高達50萬牛頓，相當於約10頭大象的重量，被壓縮在比原子核還要小的空間內，」該研究的主要作者、來自阿德萊德大學的喬舒亞·克勞福德在一份宣告中表示。

「這些力量圖提供了一種新的方式來理解質子內部複雜的動力學，有助於解釋為什麼它在高能碰撞（如大型強子對撞機中的碰撞）以及探測物質基本結構的實驗中會表現出這樣的行為。」

質子內部的夸克與原子核中其他質子和中子的夸克之間的相互作用，眾所周知地難以完全建模。為了更清楚地解決這個問題，研究團隊不得不使用一種複雜的技術。

「我們使用了一種強大的計算技術，稱為晶格量子色動力學，來對映質子內部的力量，」同樣來自阿德萊德大學的合著者羅斯·楊副教授補充道。「這種方法將空間和時間分解成一個精細的網格，使我們能夠模擬強力——將夸克結合形成質子和中子的基本相互作用——在質子內部不同區域的變化。」

理解質子內部結構的興趣當然是理論性的，因為弄清楚這些相互作用為粒子碰撞實驗的成果開啟了一扇窗。然而，隨著質子束在實際應用中的使用，也有一些引人入勝的應用。

「隨著研究人員繼續揭示質子的內部結構，更深入的洞察可能有助於我們在尖端技術中更精確地使用質子，」楊說。「一個突出的例子是質子治療，它使用高能質子精確地瞄準腫瘤，同時最大限度地減少對周圍組織的損害。」

「正如早期對光的理解突破為現代鐳射和成像技術鋪平了道路一樣，推進我們對質子結構的認識可能會塑造科學和醫學領域的下一代應用。」

這篇論文發表在《物理評論快報》期刊上。