科研進(jìn)展
近代物理所在部分子碎裂函數(shù)研究方面取得重要進(jìn)展
中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所夸克物質(zhì)中心核子結(jié)構(gòu)室研究團(tuán)隊(duì)基于NPC（Non-perturbative Physics Collaboration）合作組在部分子碎裂函數(shù)研究方面取得了重要進(jìn)展，首次以當(dāng)前最高理論精度破解了夸克碎裂為強(qiáng)子的關(guān)鍵規(guī)律，相關(guān)研究成果于7月24日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上，為人類理解物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)提供了全新視角。
半個(gè)多世紀(jì)前，物理學(xué)家比約肯、費(fèi)曼等提出“部分子碎裂函數(shù)（Fragmentation Functions，F(xiàn)Fs）”概念，用以描述帶色夸克和膠子碎裂為色中性強(qiáng)子的躍遷幾率密度，對(duì)于預(yù)言高能強(qiáng)子的產(chǎn)生以及理解量子色動(dòng)力學(xué)的色禁閉、強(qiáng)子化機(jī)制至關(guān)重要。由于部分子碎裂函數(shù)的非微擾和含時(shí)演化特性，人們目前無(wú)法通過(guò)微擾計(jì)算或格點(diǎn)模擬來(lái)直接確定，而基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的全局分析是精確確定部分子碎裂函數(shù)的唯一有效手段。
在此項(xiàng)研究中，NPC合作組基于正負(fù)電子湮滅和半單舉深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是北京譜儀的數(shù)據(jù)，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)π±、K±等帶電輕強(qiáng)子碎裂函數(shù)的完整次次領(lǐng)頭階全局分析的突破，將理論計(jì)算精度提升到當(dāng)前最新高度。研究通過(guò)檢驗(yàn)低能區(qū)正負(fù)電子湮滅和半單舉非彈性散射數(shù)據(jù)一致性，證實(shí)了強(qiáng)子產(chǎn)生過(guò)程的共線因子化方案具有高度可靠性。同時(shí)，深入分析了最新的強(qiáng)子產(chǎn)生數(shù)據(jù)對(duì)部分子分布函數(shù)（Parton Distribution Functions,PDFs）的影響，發(fā)現(xiàn)其傾向于支持質(zhì)子中奇異夸克與反夸克之間的不對(duì)稱性低于當(dāng)前PDF的預(yù)測(cè)值，為理解核子結(jié)構(gòu)提供了新的信息。該成果標(biāo)志著微擾QCD高精度計(jì)算在全局?jǐn)?shù)據(jù)分析方面取得的又一項(xiàng)重要進(jìn)展，研究所發(fā)展的分析方法和獲得的高精度碎裂函數(shù)將為未來(lái)電子-離子對(duì)撞機(jī)上的核子結(jié)構(gòu)高精度研究提供強(qiáng)有力的支撐。
NPC合作組由上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)、華南師范大學(xué)量子物質(zhì)研究院研究團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所夸克物質(zhì)中心研究團(tuán)隊(duì)組成。論文作者包括上海交通大學(xué)高俊教授、周斌博士后，華南師范大學(xué)邢宏喜研究員，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所沈曉民副研究員、趙宇翔研究員。該工作是NPC合作組在碎裂函數(shù)研究方面取得的系列成果之一[1,2,3,4]，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市教科委以及中國(guó)科學(xué)院青年團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的支持。
圖：（a）部分子碎裂至強(qiáng)子過(guò)程示意圖,（b）電子-質(zhì)子半單舉深度非彈性散射過(guò)程示意圖 （c）正負(fù)電子湮滅過(guò)程示意圖。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/mcwy-b221
[1]Jun Gao,XiaoMin Shen,Hongxi Xing,Yuxiang Zhao,Bin Zhou Phys. Rev. Lett. 135,041902 (2025)
[2]Jun Gao,ChongYang Liu,Mengyang Li， XiaoMin Shen,Hongxi Xing,Yuxiang Zhao,Yiyu Zhou， arXiv:2503.21311
[3]Jun Gao,ChongYang Liu,XiaoMin Shen,Hongxi Xing,Yuxiang Zhao,Phys. Rev. Lett. 132,261903 (2024)
[4]Jun Gao,ChongYang Liu,XiaoMin Shen,Hongxi Xing,Yuxiang Zhao,Phys. Rev. D?110?(2024),?114019 (Editor’s suggestion)
