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科学求知者|看到了核心区域滚动的夸克汤，科学家终于“撬开”中子星

在60年前 ， 人们还认为质子和中子是物理学中的基本粒子 ， 不可再分 。
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可是 ， 在1964年的时候 ， 盖尔曼提出了夸克假说 ， 指出质子和中子其实都是由夸克组成的 ， 其中质子由2个上夸克（每个带2/3正电荷）和1个下夸克（带1/3负电荷）组成 ， 中子由1个上夸克和2个下夸克组成 。 除了上下夸克之外 ， 还有奇夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克四种夸克 ， 可以组成其他重子 。
【科学求知者|看到了核心区域滚动的夸克汤，科学家终于“撬开”中子星】虽然盖尔曼的说法逐渐被人们信服 ， 但是科学家们始终无法检测夸克的存在 。 不论他们如何用越来越强大的粒子对撞机进行撞击 ， 都无法从质子中轰出夸克来 。 为了解释这个现象 ， 科学家们提出了夸克禁闭的概念 ， 指出随着夸克之间是通过一种叫做“胶子”的粒子相互吸引的 ， 并且随着距离越远 ， 胶子为夸克之间提供的作用力反而越强 ， 因此越难被分离 ， 导致我们无法单独观测夸克 。
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实际上 ， 尽管有夸克禁闭存在 ， 但科学家相信 ， 在足够苛刻的条件下 ， 夸克和胶子也可以像原子核与电子一样被分离 。 原子核与电子分离的状态 ， 也就是物质在固液气之上的第四种状态——等离子态 。 而夸克和胶子的分离 ， 也可以看作是夸克版的等离子态 ， 科学家们甚至起了一个颇有味道的名字——夸克汤 。
夸克汤绝对是宇宙中最难“烹饪的一碗汤” ， 它需要的条件极其苛刻 ， 以至于在930亿光年的宇宙里、138亿年的岁月中 ， 它都极少会出现 。 根据科学家的分析 ， 在宇宙大爆炸后20微秒（0.00002秒）左右 ， 我们才可以看到大量的夸克汤充斥着宇宙 。 在此之前 ， 宇宙只有光子存在；在此之后极短暂的时间里 ， 宇宙的温度就下降到不足以再让夸克和胶子分离 ， 形成质子和中子或者其他粒子了 。
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不过 ， 科学家相信 ， 当今的宇宙中 ， 我们仍然可以找到夸克汤 。 这种神奇的状态 ， 就位于同样神奇的天体内部——中子星的核心 。
我们知道 ， 中子星是致密星的一种 ， 介于白矮星和黑洞之间 。 当一颗爆发的超新星内核质量超过1.44倍太阳质量 ， 那么将会突破钱德拉塞卡极限 ， 导致电子被压到质子中 ， 合并为中子 ， 这个天体就会变成中子星 。 而中子是不带电的 ， 不存在质子之间正电荷相斥的问题 ， 所以密度极大 ， 仅仅1立方厘米的体积就有上亿吨那么重！
虽然我们通常说中子星是一颗由中子构成的天体 ， 但科学家在差不多40年前的时候就提出：一些较大的中子星可以在核心区域形成更加恐怖的压力和温度 ， 导致中子也会被彻底压碎 ， 导致内部的上夸克和下夸克分崩离析 ， 转化为奇夸克 。 甚至有人推测 ， 在中子星和黑洞之间 ， 可能还存在着一种过渡天体 ， 那就是夸克星 。
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这些说法至少在理论上都是成立的 ， 当初的中子星理论也是在类似的过程中被预言 ， 然后在30年后被发现并证实的 。 因此 ， 科学家们长期以来 ， 一直致力于寻找中子星的夸克核 。
赫尔辛基大学和赫尔辛基物理研究所的理论物理学家AleksiVuorinen指出：“自从大约40年前首次被提出开始 ， 中子星内部夸克核的确认一直是中子星物理学最重要的目标之一 。 ”
想要了解中子星内部的结构 ， 不是一件容易的事 。 我们不可能靠近它进行实地考察 ， 即使靠近也不可能活着测量 ， 即使侥幸活下来也不可能将它切开 。 那么 ， 到底有什么办法 ， 才可以让我们看到它的内部结构呢？


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