质子质量
简介
凭借目前世界最强大计算机的运算能力，法国、德国和匈牙利的物理学家发现：95%的质子质量由夸克和胶子的能量转化而来，以此确认了描述粒子间强相互作用理论的有效性，并从粒子学角度证明了爱因斯坦著名的质能公式：E=mc2完全合理。相关论文发表于近日美国《科学》杂志在线版。
质子质量之谜
原子核由质子和中子组成，质子则是由基本粒子———夸克和胶子构成。胶子传递强相互作用，并不是组成物质的成分，其质量为0。而夸克的质量只占到质子的5%，那么另95%来自于哪里呢？在粒子物理学界，确知某事物的存在是一回事，而要了解它的机制则完全是另一回事。物理学家自1989年前发现质子的存在后，对这个问题一直感到模糊。
依靠全世界物理学家近20年的成果，以及“蓝基因”超级计算机的运算能力，研究小组利用量子色动力学公式计算了质子、中子以及其他同类型粒子的质量，证实这另外95%的质量来源于夸克和胶子的相互作用和各自的运动。换言之，能量与质量在其中是可以互相转换的，这正是爱因斯坦于1905年提出的狭义相对论的基础观点。
质能公式E=mc2表明能量和质量可以互相转换，而光速是恒定不变的常数。科学家可利用它计算一定量的质量在转化过程中所释放的能量。迄今为止，E=mc2最著名的应用即是为制造原子弹提供理论基础，但想要在亚原子粒子层面或是量子色动力学角度诠释质能公式却并不容易。因此研究人员表示，本次计算可看作是所实施过的最为重要的数字计算之一。
从理论的层面来讲，该研究允许在超越当前模型的情况下，进行基础物理的新探索；在应用计划上，该结果标志着粒子间强相互作用的研究已具备一定成熟度，其将会在欧洲大型强子对撞器（LHC）的实验中起基础性作用。
质子质量恒定澳大利亚科学家的一项最新分析表明，电子-质子质量比在过去60亿年中并没有什么显著变化。这一发现无疑减轻了人们对于这一物理学基本常数会发生改变的担忧。相关论文发表在6月20日的《科学》杂志上。
科学家一直认为，电子-质子质量比是物理学中的一个恒定值，不随时间和宇宙空间的变化而改变。直到2006年，一项发表在《物理评论快报》上的论文称，该质量比在过去120亿年中减少了0.002%。
在最新研究中，由澳大利亚斯温伯尔尼大学（Swinburne University）Michael Murphy领导的研究小组研究了来自距地75亿光年外类星体的无线电波，它可能是一个巨大黑洞吞噬周围物质时释放出的。由于该辐射在60亿年前穿过了一个包含有氨气云的星系，其光谱被部分吸收，留下了显著的“指纹”特征。而值得注意的是，这种特征极为敏感地依赖于氨分子中质子和电子的质量比。
对比研究证实，60亿年前无线电波穿过氨气云时的光谱吸收和今天的情况并无二致。这表明当时的电子-质子质量比没有改变。Murphy表示，“如果我们发现这一数值或者其他一些常量发生了变化，那么‘标准模型’就走到了尽头，我们需要拿出全新的物理学理论。”因此，新发现对许多物理学家来说，是一针“缓和剂”。
Murphy强调，人们有充分的理由来相信新的研究结果。与2006年研究中利用的氢分子相比，氨分子吸收的辐射波长对电子-质子质量比的依赖性更强。他说，“我们的约束条件比此前的要好10倍。”
领导2006年研究的荷兰自由大学（Vrije Universiteit）物理学家Wim Ubachs表示，新的研究结果是“坚实可靠的”。不过，他认为有可能“调和”这两次的研究结果——该常量在120亿至60亿年前发生了变化，而从60亿年前到现在保持不变。
Murphy也觉得有这种可能。他说，“鉴于我们不知道如何预期该数值在整个宇宙中的改变，我们还不能根据一次观测来说明其他的就是错误的。”