科研進展
近代物理所在部分子碎裂函數(shù)研究方面取得重要進展
中國科學(xué)院近代物理研究所夸克物質(zhì)中心核子結(jié)構(gòu)室研究團隊基于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展，首次以當前最高理論精度破解了夸克碎裂為強子的關(guān)鍵規(guī)律，相關(guān)研究成果于7月24日發(fā)表在《物理評論快報》（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。
半個多世紀前，物理學(xué)家比約肯、費曼等提出“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子的躍遷幾率密度，對于預(yù)言高能強子的產(chǎn)生以及理解量子色動力學(xué)的色禁閉、強子化機制至關(guān)重要。由于部分子碎裂函數(shù)的非微擾和含時演化特性，人們目前無法通過微擾計算或格點模擬來直接確定，而基于實驗數(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。
在此項研究中，NPC合作組基于正負電子湮滅和半單舉深度非彈性散射實驗數(shù)據(jù)，特別是北京譜儀的數(shù)據(jù)，首次實現(xiàn)了對π±、K±等帶電輕強子碎裂函數(shù)的完整次次領(lǐng)頭階全局分析的突破，將理論計算精度提升到當前最新高度。研究通過檢驗低能區(qū)正負電子湮滅和半單舉非彈性散射數(shù)據(jù)一致性，證實了強子產(chǎn)生過程的共線因子化方案具有高度可靠性。同時，深入分析了最新的強子產(chǎn)生數(shù)據(jù)對部分子分布函數(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稱性低于當前PDF的預(yù)測值，為理解核子結(jié)構(gòu)提供了新的信息。該成果標志著微擾QCD高精度計算在全局數(shù)據(jù)分析方面取得的又一項重要進展，研究所發(fā)展的分析方法和獲得的高精度碎裂函數(shù)將為未來電子-離子對撞機上的核子結(jié)構(gòu)高精度研究提供強有力的支撐。
NPC合作組由上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院研究團隊、華南師范大學(xué)量子物質(zhì)研究院研究團隊、中國科學(xué)院近代物理研究所夸克物質(zhì)中心研究團隊組成。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]，得到了國家自然科學(xué)基金、上海市教科委以及中國科學(xué)院青年團隊項目的支持。
圖：（a）部分子碎裂至強子過程示意圖,（b）電子-質(zhì)子半單舉深度非彈性散射過程示意圖 （c）正負電子湮滅過程示意圖。
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)
