奇怪的量子实验表明，质子比我们想象的更有“魅力”

质子可以容纳比它们自己重的基本粒子。

新的研究表明，质子可能比我们想象的更有“魅力”。

质子是构成原子核的亚原子粒子之一。尽管质子很小，但它们由更微小的基本粒子组成，称为夸克，它们有各种“味道”或类型：上，下，奇怪，魅力，底部和顶部。通常，质子被认为是由两个上夸克和一个下夸克组成的。

但一项新的研究发现，它比这更复杂。质子还可以包含一个魅力夸克，这是一种基本粒子，质量是质子本身的1.5倍。更奇怪的是，当质子确实包含魅力夸克时，重粒子仍然只携带质子质量的一半左右。

这一发现都归结为量子物理学的概率世界。虽然魅力夸克很重，但它在质子中出现的机会相当小，所以高质量和小机会基本上相互抵消。换句话说，《科学新闻》报道，即使魅力夸克存在，魅力夸克的全部质量也不会被质子吸收。

虽然质子是构成所有物质的原子结构的基础，但它们也非常复杂。物理学家实际上并不了解质子的基本结构。量子物理学认为，除了已知存在的上夸克和下夸克之外，其他夸克可能会不时地进入质子，米兰大学物理学家Stefano Forte告诉播客Nature Briefing。Forte是新论文的合著者，该论文展示了质子中魅力夸克的证据，发表在《自然》杂志上。

夸克有六种类型。三个比质子重，三个比质子轻。魅力夸克是重批次中最轻的，所以研究人员想从那个开始，看看质子是否能含有比它本身重的夸克。他们通过对35年的粒子粉碎数据采取新方法来实现这一目标。

为了了解亚原子和基本粒子的结构，研究人员在粒子加速器上以极快的速度将粒子相互甩动，例如位于日内瓦附近的世界上最大的原子粉碎机大型强子对撞机。与非营利组织NNPDF合作的科学家收集了这些可追溯到1980年代的粒子粉碎数据，包括光子，电子，μ子，中微子甚至其他质子撞击质子的实验示例。通过观察这些碰撞产生的碎片，研究人员可以重建粒子的原始状态。

在这项新研究中，科学家们将所有这些碰撞数据交给了一种机器学习算法，该算法旨在寻找模式，而没有任何关于结构可能看起来的先入为主的概念。该算法返回了可能的结构以及它们可能实际存在的可能性。

该研究发现，找到魅力夸克的“机会很小，但不可忽视”，Forte告诉Nature Briefing。Forte说，证据水平还不够高，研究人员无法宣布在质子中不可否认地发现了魅力夸克，但结果是“第一个确凿的证据”，表明它可以存在。

福特说，质子的结构很重要，因为要发现新的基本粒子，物理学家必须发现理论所暗示的和实际观察到的微小差异。这需要对亚原子结构进行极其精确的测量。

就目前而言，物理学家仍然需要更多关于质子内难以捉摸的“魅力”的数据。未来的实验，例如计划在纽约厄普顿的布鲁克海文国家实验室的电子离子对撞机，可能会有所帮助。