浙江
堪萨斯大学与捷克布拉格理工大学等机构的研究人员通过欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）的ALICE实验取得了一项重大物理突破。他们首次对非相干J/ψ光核产生进行了多维度测量，揭示了原子核深处胶子的奇异集体行为。这一研究成果近日发表在《物理评论快报》上，为探索物质质量与结构的起源提供了前所未有的高分辨率视角。
胶子是负责将夸克结合在一起并传递强相互作用的基本粒子。堪萨斯大学物理与天文学教授、ALICE合作组成员丹尼尔·塔皮亚·塔卡基指出，尽管夸克常被称为物质的基本构建块，但可见宇宙中几乎所有的质量，从人体内的原子到恒星内部的物质，实际上都来源于胶子所携带的能量以及结合夸克的强力。因此，了解胶子在原子核内的行为对于理解物质本身如何获得其质量和结构至关重要。
为了在比以往研究更精细的空间尺度上检查胶子密度的变化，研究团队利用了大型强子对撞机第二运行阶段（Run 2）期间收集的数据。在该阶段，快速移动的铅原子核在不直接碰撞的情况下彼此靠近，其周围强烈的电磁场就像高能光子束。当其中一个光子撞击另一个原子核时，会短暂产生一种名为J/ψ的粒子，其产生过程能够灵敏地探测底层的胶子结构。通过这种非相干产生技术，研究人员不仅能够观察局部胶子密度的波动，还能探测到小至0.2飞米（仅约为质子大小的四分之一）的微小区域。塔皮亚·塔卡基将这种方法比作从模糊的图像切换到了高分辨率显微镜。他比喻道，如果把原子核放大到足球场那么大，这项实验的最高分辨率足以分辨出球场上只有几码宽的特征。
在光子-原子核相互作用能量从200亿到6330亿电子伏特的测量中，研究人员发现了一个引人注目的现象。在实验探索的最小空间尺度上，J/ψ粒子的产生率受到了显著抑制，统计显著性约为三个标准差。研究表明，在这些极其微小的尺度上，胶子开始表现出集体行为，即出现“胶子饱和”的证据。
这一发现对长期以来成功解释早期测量的“核阴影”效应提出了挑战。在核阴影理论框架中，原子核内的胶子部分重叠并相互遮挡，类似于多层云层遮挡阳光，从而降低了某些粒子产生的概率。然而，最新的测量结果表明，传统的核阴影理论已无法完全解释ALICE实验的观察结果。相反，这些观测数据与量子色动力学理论预测的“胶子饱和”现象高度一致。在这一状态下，胶子变得如此密集，以至于它们开始彼此发生强烈的相互作用，从而限制了特定区域内能够存在的胶子数量。这一发现标志着人类在理解强相互作用及物质最深层结构方面迈出了重要一步。
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