放大/杰斐逊实验室粒子加速器,工作就在这里进行。顶部中心椭圆形中的电子被发送到不同的地下目标室(右下角的圆圈)。 (来源: 杰斐逊实验室)
如果你问像自行车这样的物体有多重,答案很简单。但如果你问自行车的质量在哪里,事情就会变得更加复杂。自行车有很多部件——其中一些部件会移动——它们都有不同的体积、形状和密度,因此它的质量在其形状周围不规则分布。
在某种程度上,这类似于质子质量在哪里的问题。质子是围绕中心点以相对论速度运动的夸克和胶子的集合。即使没有由于一个尴尬的事实而导致与自行车的类比完全失败的事实,也很难弄清楚它的质量生活在哪里:质子的重量远远超过其组成部分夸克,而将夸克结合在一起的胶子是无质量的。事实上,所涉及的粒子的质量在某种程度上是无关紧要的。 “如果你在将夸克质量设为零的情况下进行计算,那么质子几乎就是同样的东西,”物理学家西尔维斯特·约翰内斯·朱斯滕告诉 Ars。
相反,质子的大部分质量来自于胶子的强力相互作用所产生的令人难以置信的高能量密度。所以,要了解质子的质量,我们必须了解它的胶子在做什么。考虑到它们无质量且不带电荷,因此很难做到。但是一些实验工作已经为质子的质量半径创建了一个值,它描述了粒子内质量的分布。事实证明,该值与质子的电荷半径有很大不同。