在过去的二十年中，通过理论和实验，质子的引力形式因子的物理学以及它们在量子色动力学中的理解都取得了显着的进步。《现代物理学评论》中的一篇新论文概述了这一进展，强调了引力形式因素研究揭示的物理见解，并回顾了它们对质子力学性质的解释。

杰斐逊实验室首席科学家沃尔克·伯克特 (Volker Burkert) 表示：“测量结果揭示了质子组成部分所经历的环境。”

“质子是由三个夸克组成的，这三个夸克通过强力结合在一起。”

“在峰值时，这不仅仅是一个四吨重的力，人们必须向夸克施加才能将其从质子中拉出来。”

“当然，大自然不允许我们仅将一个夸克与质子分开，因为夸克具有一种称为颜色的特性。”

“质子中的夸克混合了三种颜色，使其从外部看起来无色，这是它在太空中存在的必要条件。”

“试图从质子中拉出一个有色夸克，会产生一对无色夸克/反夸克，即介子，利用你投入的能量试图分离夸克，留下一个无色质子(或中子)。”

“所以，4吨是质子固有力强度的例证。”

结果只是要测量的质子机械特性的第二个。

质子的机械特性包括其内部压力(2018 年测量)、质量分布(物理尺寸)、角动量和剪切应力(此处显示)。

这一结果是由半个世纪前的预测和两个十年前的数据实现的。

20 世纪 60 年代中期，有人提出理论认为，如果核物理学家能够看到重力如何与质子等亚原子粒子相互作用，此类实验就可以直接揭示质子的机械特性。

“但当时也没有办法。例如，如果你将重力与电磁力进行比较，就会发现有 39 个数量级的差异——所以这是完全没有希望的，对吧?” 杰斐逊实验室科学家 Latifa Elouadhriri 说道。

数据来自杰斐逊实验室的连续电子束加速器设施(CEBAF)进行的实验。

典型的 CEBAF 实验需要高能电子通过与粒子交换能量包和称为虚拟光子的角动量单位来与另一个粒子相互作用。电子的能量决定了它以这种方式与哪些粒子相互作用以及它们如何响应。

在实验中，高能电子束与液化氢气靶中的质子相互作用，对质子施加了比拉出夸克/反夸克对所需的四吨大得多的力。

“我们开发了这个程序来研究深度虚拟康普顿散射，”Elouadhriri 博士说。

“这就是电子与质子交换虚拟光子的地方。”

“在最终状态，质子保持不变但反冲，并且产生了一个真正的非常高能的光子，加上散射的电子。”

“当我们获取数据时，我们并没有意识到，除了我们想要利用这些数据进行 3D 成像之外，我们还收集了获取质子机械特性所需的数据。”

“事实证明，这个特定的过程——深度虚拟康普顿散射——可能与重力与物质的相互作用有关。”

“查尔斯·W·米斯纳 (Charles W. Misner)、基普·S·索恩 (Kip S. Thorne) 和约翰·阿奇博尔德·惠勒 (John Archibald Wheeler) 在 1973 年出版的爱因斯坦广义相对论教科书《引力》中阐述了这种联系的一般版本。”

“他们在其中写道，&luo;任何无质量的自旋 2 场都会产生一种与引力无法区分的力，因为无质量的自旋 2 场会以与引力相互作用相同的方式耦合到应力-能量张量做'。”

“三十年后，理论家马克西姆·波利亚科夫(Maxim Polyakov)继承了这个想法，建立了连接深度虚拟康普顿散射过程和引力相互作用的理论基础。”

“这一理论上的突破建立了深度虚拟康普顿散射测量与引力形状因子之间的关系。”

“我们能够第一次使用它并提取我们在2018 年《自然》论文中所做的压力，现在提取法向力和剪切力，”伯克特博士说。

“关于深度虚拟康普顿散射过程和引力相互作用之间的联系的更详细描述可以在我们的新论文中找到，该论文描述了从这项研究中获得的第一个结果。”