原子核中膠子分佈特徵測得

科技日報北京5月27日電 （記者張佳欣）來自美國托馬斯·傑斐遜國家加速器實驗室的研究團隊，首次測量了束縛在原子核內質子和中子中膠子的分佈特徵。這一結果是理解膠子場分佈的重大進展，將有助物理學家對膠子進行成像。相關論文發表於最新一期《物理評論快報》。

膠子是一種亞原子粒子，負責介導強相互作用。它將夸克結合在一起，形成位於普通物質原子中心的質子和中子，是維繫原子核結構的“膠水”。此前的研究主要集中在孤立質子或中子內膠子的分佈，對於膠子在原子核內的表現仍知之甚少。

過去40多年來，科學家發現，當夸克處於原子核內部時，運動速度變慢，這一現象被稱為“EMC效應”，但其成因一直未解。由於膠子不帶電，是中性粒子，僅通過強相互作用起作用，因此比帶電的夸克更難被測量。

為了探究膠子分佈，團隊採用了間接方法，即測量一種被稱為J/ψ的粒子。J/ψ由粲夸克和反粲夸克構成，而粲夸克並不存在於普通質子或中子中，因此其生成過程只能來自高能光子與膠子的相互作用。

實驗在傑斐遜實驗室的連續電子束加速器設施中進行。團隊利用高能光子束撞擊氘、氦和碳等原子核。由於這些原子核內部的質子和中子處於運動狀態，其動能可與光子的能量疊加，光子能量即便低於通常所需的8.2 GeV閾值，也能產生J/ψ粒子。

這項實驗首次實現在亞閾值條件下J/ψ的產生，併成功測得相關數據。換句話説，藉助原子核內“活動”的核子，人們成功“成像”了將質子和中子黏合在一起的“核膠水”。

更令人驚訝的是，實際測得的J/ψ數量竟高於理論預測，暗示原子核中的“核膠水”表現與孤立質子或中子內的膠子行為存在差異。