科学家首次测量原子核内胶子分布，发现强核力新线索

来源：科学剃刀

2025年5月26日，《物理评论快报》刊登了核物理领域的重要突破。由托马斯·杰斐逊国家加速器实验室领衔的国际团队，利用光子束轰击氘、氦、碳等原子核，首次实现了原子核内部胶子分布的亚阈值测量。这项被编辑推荐的研究，揭开了强核力作用机制的新篇章。

实验关键在于捕捉J/ψ粒子。这种由粲夸克构成的粒子像探针，当高能光子撞击原子核时，胶子与光子相互作用会产生J/ψ。研究团队打破常规，使用8.2GeV以下的低能光子束，通过原子核内质子中子的动能补偿，成功在亚阈值条件下生成J/ψ。这相当于用低于起跳高度的踏板完成撑杆跳——核内粒子的运动能量补足了光子能量的不足。

数据揭示反常现象：实际检测到的J/ψ产量比理论预测多出20%。这暗示核内胶子分布与自由质子中的胶子存在差异，可能对应着困扰学界40余年的EMC效应（核子内夸克运动减速现象）的胶子版本。麻省理工学院的博士后杰克逊·派伯斯开发的光锋动力学分析方法，让这个看似不可能的任务成为现实。

胶子作为强核力的载体，虽占可见宇宙质量95%，其行为却像量子世界的幽灵。以往测量自由质子胶子分布需要至少8.2GeV光子束，而核环境中的胶子更难捕捉。此次6周实验仅获得几十个J/ψ事例，却开辟了全新观测窗口。就像用地质锤在岩层上敲出裂缝，后续实验可循此深入。

研究团队已申请更长时间的专用束流，计划用100天积累数据。未来电子-离子对撞机建成后，这类测量精度将提升百倍。理解胶子行为不仅关乎基础物理，对量子计算、新型核能开发都有潜在影响。正如论文通讯作者奥尔·亨所说：'我们正在绘制强核力的量子地图，或许百年后才能看懂全貌，但每个坐标点都是人类认知的突破。'

参考文献：

J. R. Pybus et al, First Measurement of Near-Threshold and Subthreshold J/ψ Photoproduction off Nuclei, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.201903 . On arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2409.18463

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