科學家首次揭示質子內部夸克的神奇運動

核科學家開發出一種新的理論方法，可以更精確地計算質子內夸克的三維運動，大大增強了對這些粒子橫向運動的理解。

這一突破使得我們能夠預測未來在電子離子對撞機和歐洲大型強子對撞機等設施上進行的對撞機實驗的夸克和膠子行爲，最終旨在更好地理解質子自旋動力學。

嶄新的核物理學的新理論方法

布魯克海文國家實驗室和阿貢國家實驗室的核物理科學家已經開發出一種新的理論方法來更好地理解質子內夸克的三維運動。通過應用這種創新方法，研究人員獲得了更清晰、更準確的夸克橫向運動圖像——它們圍繞質子自旋軸的運動，並垂直於質子向前運動。新的計算與從粒子碰撞數據中得出的模型非常吻合，並且在捕捉橫向動量較低的夸克的行爲方面特別有效，而這是以前的方法難以實現的領域。

這一進步將使核物理學家能夠更準確地預測夸克及其結合膠子的三維運動，爲未來對撞機實驗中更精確的分析鋪平道路。

對未來對撞機實驗的影響

揭示質子自旋的起源是未來對撞機 (EIC) 的核心目標。EIC 的自旋對齊質子與高能電子的碰撞將精確測量質子內夸克和膠子的橫向運動。這種精確的 3D 成像將揭示夸克和膠子的橫向運動如何影響質子的整體自旋。

這種基於理論的新方法首次精確計算了質子內夸克橫向動量分佈如何隨碰撞能量而變化。該方法將爲質子內夸克的小橫向運動提供更準確的理論預測。這將消除對最複雜的強力控制的夸克-膠子相互作用進行建模的需要。

量子色動力學的進展

布魯克海文國家實驗室和阿貢國家實驗室的核理論家成功地採用了一種新的理論方法計算了柯林斯-索珀核，該量描述了質子內部夸克橫向動量分佈如何隨碰撞能量而變化。該團隊使用了格子量子色動力學 (QCD)，這是一種基於超級計算機的模擬，可以追蹤 4D 時空格子上的夸克-膠子相互作用。

新的理論方法使團隊能夠大大簡化他們的格點 QCD 計算，甚至對夸克的微小橫向運動（夸克-膠子相互作用變得強烈而複雜）也能獲得精確的結果。在以前使用更傳統方法的格點 QCD 計算中，無法實現對夸克微小橫向運動的如此精確的描述。

提高預測準確性

低橫向動量夸克的新結果與之前的結果一致，但更加精確，不確定性也小得多。它們也與爲解釋現有實驗數據而開發的模型相吻合。

這些成果表明，新方法可用於預測和解釋未來在布魯克海文國家實驗室正在建造的 EIC 和歐洲大型強子對撞機中不同碰撞能量下的實驗結果。物理學家將利用這些預測和實驗來了解夸克在質子內的微小橫向運動以及這種運動如何影響質子自旋。