质子的不对称使物理学家感到困惑，但是新发现可能会带回旧的理论来解释它。

对称性-在数学和艺术领域到活的生物和星系中显示-是自然界中重要的基础结构。它表征了我们的宇宙，并使其能够得到研究和理解。

因为对称本质上是一个如此普遍的主题，所以当一个对象看起来应该是对称的而不是对称的时候，物理学家会特别感兴趣。当科学家面对这些破碎的对称性时，就好像他们在镜子中发现了一个带有奇怪反射的物体一样。

“自然界正在引导质子的旧模型中的概念重新审视。” -阿贡（Argonne）物理学家唐·盖萨曼（Don Geesaman）

质子是存在于每个原子中心的带正电的粒子，在其组成中显示出不对称性。美国能源部（DOE）Argonne国家实验室的物理学家及其合作者最近通过在DOE Fermi国家加速器实验室进行的一项实验，研究了这种已知的破碎对称性的复杂性。实验的结果可以通过恢复以前丢弃的质子内部工作原理来改变质子的研究。

该实验的结果与90年代后期的一项研究结论相矛盾，该结论也是在费米实验室进行的。现在，科学家们可以重新审视描述旧实验所排除的质子不对称性的理论。

了解质子的性质有助于物理学家回答所有科学中的一些最基本的问题，并且通过在最小层面上研究这个世界，科学家正在进步我们每天使用的技术。对质子的研究导致了用于癌症治疗的质子疗法的发展，在太空旅行期间质子辐射的测量，甚至对恒星形成和早期宇宙的了解。

Argonne物理学家唐·盖萨曼（Don Geesaman）说：“我们能够观察到质子内部令人费解的动力学，并且通过该实验，自然界正在引导质子的旧模型中的概念重新获得外观。”

错配的物质

正如形状可以具有对称性一样，粒子也可以具有对称性。理想圆由两个大小相同的半圆组成，它们的大小相反，方向??相反，并且宇宙中每种类型的粒子都具有相同质量的反粒子，带有相反的电荷。

质子的组成部分包括称为夸克的粒子和称为反夸克的反粒子。它们具有“味道”，例如上升，下降，反上升和反下降。夸克和反夸克通过强大的核力在质子内部结合在一起。这种力量的力量可以将成对的夸克和反夸克从一无所有中拉出，并且这些对存在很短的时间，然后彼此消灭。夸克和反夸克不断涌现和消失的这种“海洋”在质子内部始终存在。

奇怪的是，在任何给定时间，夸克要比反夸克多三个：夸克比反夸克多两个，夸克比反夸克多一个。换句话说，这些错配的夸克没有反物质对应物。这种不对称是质子带正电的原因，从而允许原子（因此所有物质）存在。

这项研究的阿贡大学物理学家保罗·雷默（Paul Reimer）表示：“我们对质子中的夸克及其如何产生质子的性质还没有完全了解。” “夸克-反夸克对的短暂特性使得它们在质子中的存在难以研究，但是在本实验中，我们检测到了反夸克的the灭，这使我们对不对称性有了更深入的了解。”

实验确定，无论夸克的动量如何，质子中的抗倒夸克总比反夸克多。该结果的意义在于它与90年代后期费米实验室实验的结论相矛盾，后者表明，在高动量下，质子的不对称性反过来，这意味着反升夸克开始主导反降夸克。

Reimer说：“我们设计了新的实验，以观察这些强劲的势头，以确定这种变化是否真的发生了。” “我们表明存在平滑的不对称性，抗上夸克和抗下夸克之间的比率没有翻转。”

重建an灭

为了探测质子中的夸克和反夸克，科学家们向目标发射了质子束，并研究了粒子碰撞的后果。具体来说，他们研究了束中的质子撞击目标中的质子后会发生什么。

当质子碰撞时，来自质子的夸克和反夸克会相互an灭。然后，从an灭中出现了两个新的称为muons的基本粒子，它们是交互作用的标志。通过这些相互作用，科学家们确定了在一系列高动量下反升夸克与反降夸克的比率。

Reimer说：“我们选择测量μ子是因为它们比其他大多数碰撞碎片都能更好地穿透物质。” 在目标及其测量设备之间，该团队放置了一个五米厚的铁墙，以阻止其他粒子通过并模糊其信号。

当μ子在行程结束时击中测量设备时，科学家从测量结果中重新构建了夸克-反夸克an灭状态，从而使他们能够确定反夸克与反降夸克之间平滑，一致的比率。

再看看

盖萨曼说：“我们认为在先前的实验中看到的不是发生的事情。” “为什么呢？那是下一步。”

与以前的实验结果相抵触后被拒绝的理论现在可以很好地描述新数据，并且由于这项实验，科学家们可以更加自信地重新审视它们。这些理论将为质子和其他粒子不对称性的进一步实验提供参考，从而加深了我们对夸克理论的理解。

关于质子中夸克性质的线索最终使人们对原子核有了更好的理解。理解原子核可以使原子的性质以及不同化学元素之间如何反应的神秘性变得模糊。质子研究涉及化学，天文学，宇宙学和生物学等领域，从而推动了医学，材料科学等领域的发展。

盖萨曼说：“您需要实验来引导思想和约束理论，在这里，我们正在寻找自然界，以使我们能够洞察质子的动力学。” “这是实验和理论的交织循环，可以进行有意义的研究。”

这项工作是由SeaQuest协作完成的，该协作得到了DOE核物理办公室和美国国家科学基金会的部分支持。