科学家首次揭示质子内部夸克的神奇运动

核科学家开发出一种新的理论方法，可以更精确地计算质子内夸克的三维运动，大大增强了对这些粒子横向运动的理解。

这一突破使得我们能够预测未来在电子离子对撞机和欧洲大型强子对撞机等设施上进行的对撞机实验的夸克和胶子行为，最终旨在更好地理解质子自旋动力学。

崭新的核物理学的新理论方法

布鲁克海文国家实验室和阿贡国家实验室的核物理科学家已经开发出一种新的理论方法来更好地理解质子内夸克的三维运动。通过应用这种创新方法，研究人员获得了更清晰、更准确的夸克横向运动图像——它们围绕质子自旋轴的运动，并垂直于质子向前运动。新的计算与从粒子碰撞数据中得出的模型非常吻合，并且在捕捉横向动量较低的夸克的行为方面特别有效，而这是以前的方法难以实现的领域。

这一进步将使核物理学家能够更准确地预测夸克及其结合胶子的三维运动，为未来对撞机实验中更精确的分析铺平道路。

对未来对撞机实验的影响

揭示质子自旋的起源是未来对撞机 (EIC) 的核心目标。EIC 的自旋对齐质子与高能电子的碰撞将精确测量质子内夸克和胶子的横向运动。这种精确的 3D 成像将揭示夸克和胶子的横向运动如何影响质子的整体自旋。

这种基于理论的新方法首次精确计算了质子内夸克横向动量分布如何随碰撞能量而变化。该方法将为质子内夸克的小横向运动提供更准确的理论预测。这将消除对最复杂的强力控制的夸克-胶子相互作用进行建模的需要。

量子色动力学的进展

布鲁克海文国家实验室和阿贡国家实验室的核理论家成功地采用了一种新的理论方法计算了柯林斯-索珀核，该量描述了质子内部夸克横向动量分布如何随碰撞能量而变化。该团队使用了格子量子色动力学 (QCD)，这是一种基于超级计算机的模拟，可以追踪 4D 时空格子上的夸克-胶子相互作用。

新的理论方法使团队能够大大简化他们的格点 QCD 计算，甚至对夸克的微小横向运动（夸克-胶子相互作用变得强烈而复杂）也能获得精确的结果。在以前使用更传统方法的格点 QCD 计算中，无法实现对夸克微小横向运动的如此精确的描述。

提高预测准确性

低横向动量夸克的新结果与之前的结果一致，但更加精确，不确定性也小得多。它们也与为解释现有实验数据而开发的模型相吻合。

这些成果表明，新方法可用于预测和解释未来在布鲁克海文国家实验室正在建造的 EIC 和欧洲大型强子对撞机中不同碰撞能量下的实验结果。物理学家将利用这些预测和实验来了解夸克在质子内的微小横向运动以及这种运动如何影响质子自旋。