在人们的常识里，质子是由三个基本粒子组成的：两个带 2/3 电荷的上夸克和一个带 - 1/3 的下夸克，但深入研究发现，质子内部其实有大量的粒子不断地涌入和消失，像是漩涡一样不停的流动着，下面我们就来说一说关于质子为什么分解夸克?我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!
质子为什么分解夸克
在人们的常识里，质子是由三个基本粒子组成的：两个带 2/3 电荷的上夸克和一个带 - 1/3 的下夸克，但深入研究发现，质子内部其实有大量的粒子不断地涌入和消失，像是漩涡一样不停的流动着。
质子内流动的漩涡在表面看似乎很简单，它们模仿了三个夸克，这使质子看上去像是由三种夸克组成。伊利诺伊州阿贡国家实验室的核物理学家 Donald Geesaman 对此表示：“这简直就是一个奇迹。” 事实上，质子的内部漩涡以六种夸克的数量波动，质子是原子中心带正电的物质粒子，但同时它也是反物质的一部分，但是这一点经常被忽视。
早在 20 年以前，物理学家便开始研究质子内部一种神秘的不对称性，他们发现：向下的反夸克似乎明显多于向上的反夸克。因此，Geesaman 和同事 Paul Reimer 在 20 年前便开始了一项新的实验来调查。直到最近，这个名为 SeaQuest 的实验终于完成了，研究小组在《自然》杂志上介绍了最新的发现，他们详细地测量了质子的内部反物质，发现每个上升反夸克平均有 1.4 个下降反夸克。
这些数据支持 “质子海” 的两个理论模型：一种是 “介子云” 模型，它强调质子发射和重新吸收称为 π 介子的粒子的趋势；另一个模型是统计模型，即将质子视为一个充满气体的容器。
SeaQuest 实验得出的质子内部反物质的数据非常有价值，特别是对于物理学家来说，他们需要在大型强子对撞机上进行实验，如果当他们确切地知道碰撞物体中有什么时便可以更好地通过碰撞碎片寻找新粒子或新效应的证据。
对此，阿姆斯特丹大学的 Juan Rojo 在分析大型强子对撞机数据时表示，“SeaQuest 的测量可能对寻找新的物理学产生重大影响，新的物理学目前受到我们对质子结构，特别是对内部反物质含量了解的限制。”
夸克模型从被发现到逐步完善1964 年，Murray Gell-Mann 和 George Zweig 独立提出了一种称为夸克的模型：质子、中子和相关的稀有粒子是由三个夸克组成的束。后来在 1970 年，斯坦福大学 SLAC 加速器的研究人员在向质子发射高速电子并看到电子从里面的物体上弹回时，这成功地证实了夸克模型，显然，这个模型很好地解释了高能粒子加速器喷射出的粒子的不确定性。
但很快有出现了新的问题，费米国家加速器实验室 SeaQuest 团队成员 Chuck Brown 说：“当我们开始越来越多地尝试测量这三个夸克的性质时，我们发现还有一些额外的事情在发生。”
对三个夸克动量的仔细研究表明，它们的质量仅占质子总质量的一小部分。此外，当 SLAC 向质子发射更快的电子时，研究人员看到电子会从内部的更多物质中掠出。电子的速度越快，波长越短，这使得它们对质子的更细粒度特征敏感，就好像它们提高了显微镜的分辨率一样，对此 Geesaman 表示：“据我们所知，没有最高的分辨率。” 越来越多的内部粒子被发现，似乎没有上限。
随着物理学家们找到夸克模型近似于量子色动力学（QCD）的真实理论，这些结果才开始变得更有意义。在 1973 年制定的 QCD 描述了自然界中 “强大的力量”，其中一种被称为胶子的粒子连接了夸克束，胶子的 “自我交易” 现象在质子内部制造了混乱，胶子可以自由地产生、扩散并分裂成寿命极短的夸克 - 反夸克对。在宏观上，这些间隔较近、带相反电荷的夸克和反夸克相互抵消而没被注意。
质子可能会在中子 -π 介子对中波动然而，胶子的 “自我交易” 现象让 QCD 方程无法求解，因此物理学家无法计算该理论的精确预测。于是他们很快提出了许多可能的方法来解释质子的不对称性，其中一种便是 π 介子。自 1940 年代以来，物理学家就已经观测到质子和中子在原子核内来回传递 π 介子，这有点类似于队友互相传篮球一样。
在进一步的研究过程中，研究人员还观察到它可以将 “篮球” 传给自己，换句话说，它可以短暂地发射并重新吸收一个带正电的 π 介子，同时变成一个中子。对此，西雅图大学的核理论家 Mary Alberg 表示：“如果在实验中看到一个质子，这不一定是真实的，因为质子有可能会在这个中子 -π 介子对中波动。”
具体来讲，质子会变成一个中子和一个 π 介子（由一个上夸克和一个向下的反夸克构成）。因为这种类似于 “幻影” 的 π 介子具有向下的反夸克，所以像 Alberg、Gerald Miller 和 Tony Thomas 之类的理论家认为，“介子云” 的想法证实了质子的反夸克多余量。
质子的总质量大部分来自流入和流出 “质子海” 的单个粒子的能量，这些粒子携带一系列能量。当计算携带更多能量的反夸克时，模型对上下夸克的比例应如何变化做出了不同的预测，于是物理学家测量了一个相关的量，称为反夸克的动量分数。
Alberg 表示，在费米实验室的 NuSea 实验测量上下比率作为反夸克动量的函数时，数据表明在具有足够动量的反夸克中，向上的夸克突然比向下的夸克更普遍。正当理论家们为此绞尽脑汁的时候，在 NuSea 工作的 Geesaman 和 Reimer 认识到边缘的数据有时是不可靠的，于是他们开始着手建立一个可以轻松地探索更大的反夸克动量范围的实验，称之为 SeaQuest 实验。
面对资金短缺的问题，他们开始用废旧零件组装进行实验。Reimer 说：“当时我们的座右铭是减少、再利用、再循环。” 他们从汉堡的一个实验室获得了一些旧的闪烁晶体，从洛斯阿拉莫斯国家实验室获得了剩余的粒子探测器，以及哥伦比亚大学首次用于回旋加速器的防辐射铁板，利用 NuSea 的房间大小的磁铁，在费米实验室现有的质子加速器上开展新的实验。
准备工作就绪好，他们就开始工作了。他们用质子撞击两个目标：一小瓶氢和一小瓶氘。当质子击中任何目标时，它的一个价夸克有时会与目标质子或中子中的一个反夸克一起湮灭。当湮灭发生时便产生了一个 μ 介子和一个反 μ 介子，这些粒子遇到铁板时，μ 介子可以通过，而其他无法通过，通过探测另一侧的 μ 介子并重建它们原来的路径和速度，便可以反向计算出反夸克所具有的动量分数，进而对两个小瓶的数据进行比较即可得出质子中向下反夸克与向上反夸克的比率。
在 2019 年，Alberg 和 Miller 根据 “介子云” 的概念计算了 SeaQuest 可能会观测到什么，事实证明他们的预测与 SeaQuest 数据吻合得很好。Miller 认为 “介子云” 不仅解释了质子的反物质含量，而且解释了各种粒子的磁矩，电荷分布和衰变时间，以及所有核的结合以及因此的存在。“π 介子在解释原子核为什么存在具有重要的意义。” 他说。
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