雷克萨斯es 汽车之家:质子的寿命有多长，如何来理解?

质子在原子核内可以转变为中子，但自由质子是稳定的，寿命无限长。这个传统观念现已受到挑战。
　　1974年乔治（Georgi）和格拉肖（Glashow）提出了把强、弱、电三种相互作用统一在一起的SU（5）大统一理论。按照这种理论，质子是不稳定的，它估算出质子的寿命约为1028～2.5×1031年。大统一理论还作出种种诱人的预言：它可以自动得出电荷量子化，即所有电荷应是e/3的整数倍的结论；它还可以说明宇宙中反物质比物质少的原因，这对探索宇宙起源提供了线索……科学家们的想象力甚至走得更远，他们推测，一旦证实质子真的会衰变，大约1035年以后，宇宙将成为稀薄的电子正电子等离子体。当然，这对于人生不过200年的当代人，毕竟是太遥远了。

于是测定质子的寿命成为大统一理论能否安身立命的试金石。由于质子寿命很长，估计为1031年左右，这就是说一年期间在1031个质子中才会有一个质子蜕变。为了消除宇宙射线的干扰，整个实验要在地底深处进行。1983年前后，美国、印度、日本等国的粒子物理学家做了一些探测质子衰变的实验。他们不惜巨资，一头钻进不见天日的地下矿井，耐心细致地测量。其中最有说服力的实验是美国IBM公司的一个协作组在俄亥俄（Ohio）州克里弗兰（Cleveland）市以东600多米的一个盐矿中进行的。探测装置的中部是17×18×23m3的纯水，矩形体的六面布置了2048只光电倍增管，每只直径为12.5cm，想以此来探测正电子和两个高能光子通过纯水时产生的契仑柯夫辐射。经过204天的连续观察，未测到一个质子衰变事例。据此推算，质子的寿命一定大于1.7×1032年，从而否定了SU（5）理论。但另一个由印度和日本科学家组成的实验小组，在地下3000米的柯拉金矿的废矿井中，进行的实验却传出佳音。经过两年观察共发现6个质子衰变的事例，其中3个认为是比较可靠的，据此推算，质子的平均寿命约为7×1030年，与大统一理论相符。但这一实验结果比较粗糙，没有得到公认。质子是否衰变，尚在探索之中，一时难以定论.

质子的故事古老而又新奇。1919年卢瑟福用天然放射性物质产生的了元素的人工转变，多少世纪来“点石成金”的梦想成为现实。1932年中子发现以后，伊凡宁柯和海森堡捷足先登立即提出“原子核由质子与中子构成”的主张，质子成了组成物质的最重要的基石。半个多世纪来，质子以它的资格老、稳定性强、分布面广、所处位置重要这几点成为基本粒子大家族中不可缺少的顶梁柱。今天，质子依然是粒子物理学家瞩目的对象，在古老的质子身上，科学家谱写了新的篇章。

质子在原子核内可以转变为中子，但自由质子是稳定的，寿命无限长。这个传统观念现已受到挑战。1974年乔治（Georgi）和格拉肖（Glashow）提出了把强、弱、电三种相互作用统一在一起的SU（5）大统一理论。按照这种理论，质子是不稳定的，它估算出质子的寿命约为1028～2.5×1031年。大统一理论还作出种种诱人的预言：它可以自动得出电荷量子化，即所有电荷应是e/3的整数倍的结论；它还可以说明宇宙中反物质比物质少的原因，这对探索宇宙起源提供了线索……科学家们的想象力甚至走得更远，他们推测，一旦证实质子真的会衰变，大约1035年以后，宇宙将成为稀薄的电子正电子等离子体。当然，这对于人生不过200年的当代人，毕竟是太遥远了。

于是测定质子的寿命成为大统一理论能否安身立命的试金石。由于质子寿命很长，估计为1031年左右，这就是说一年期间在1031个质子中才会有一个质子蜕变。为了消除宇宙射线的干扰，整个实验要在地底深处进行。1983年前后，美国、印度、日本等国的粒子物理学家做了一些探测质子衰变的实验。他们不惜巨资，一头钻进不见天日的地下矿井，耐心细致地测量。其中最有说服力的实验是美国IBM公司的一个协作组在俄亥俄（Ohio）州克里弗兰（Cleveland）市以东600多米的一个盐矿中进行的。探测装置的中部是17×18×23m3的纯水，矩形体的六面布置了2048只光电倍增管，每只直径为12.5cm，想以此来探测正电子和两个高能光子通过纯水时产生的契仑柯夫辐射。经过204天的连续观察，未测到一个质子衰变事例。据此推算，质子的寿命一定大于1.7×1032年，从而否定了SU（5）理论。但另一个由印度和日本科学家组成的实验小组，在地下3000米的柯拉金矿的废矿井中，进行的实验却传出佳音。经过两年观察共发现6个质子衰变的事例，其中3个认为是比较可靠的，据此推算，质子的平均寿命约为7×1030年，与大统一理论相符。但这一实验结果比较粗糙，没有得到公认。质子是否衰变，尚在探索之中，一时难以定论。

除了质子的寿命，自50年代以来质子或范围更广的强子的内部结构一直是粒子物理学家感兴趣的问题。这里有两条线索。一条是盖尔曼（Gell-mann）的夸克理论，另一条是高能电子弹性散射和深度非弹性散射的研究。

用带电粒子作炮弹来研究物质结构是一种始于卢瑟福经典实验的传统做法。循着这条路，美国的霍夫施塔特（Hofstadter）从1950年起使用斯坦福大学直线加速器把高能电子射向金、铅、钼、铍等靶子，电子被核子弹性散射，按电子的能量和散射后的偏转角对电子进行计数，从而描绘出核子的电荷分布。1957年他利用更有力的加速器和散射装置，发现质子和中子具有同样的大小和形状，直径为10-14厘米，并得出核子的磁矩分布。霍夫施塔特通过高能电子弹性散射研究核子电磁结构的杰出贡献，使他荣获1961年度诺贝尔物理学奖。

1967年初，20GeV的电子直线加速器在斯坦福大学建成，最初重复了弹性散射阶段的工作，没有新的发现。有的物理学家戏称：“看来桃子没有核。”但随着能量增大，实现了高能电子深度非弹性散射过程，出现了新现象。实验结果的分析表明质子内部存在更小的点状粒子。弗里德曼（Friedman）、肯达尔（Kendall）、泰勒（Taylor）因上述高能电子深度非弹性散射实验而获得1990年度诺贝尔物理学奖。实验后不久，费曼提出了部分子模型，他把核子内部的点状粒子称为部分子（Parton），并解释了实验中出现的称为无标度性的典型现象。现在一般倾向于认为高能电子所“看”到的部分子正是夸克。实验表明，质子内两个u夸克和一个d夸克携带了质子动量的50%，另外50%的动量由不带电的胶子携带。可是至今末探测到自由夸克，圆满解决质子结构问题还有长长的一段路要走。

我认为，质子的寿命是非常短暂的。质子和中子之间进行着永不停息的相互转化，但是如果没有系统以外的能量供给质子最终都会转化成中子。

你可以认为是无限长的，因为大家从来没有观测质子的衰败，实验能给出一个寿命下限。

你可以认为是无限长的，据说是10^31年吧。

大概是地球年龄的平方。