原子核中胶子分布特征测得

科技日报北京5月27日电 （记者张佳欣）来自美国托马斯·杰斐逊国家加速器实验室的研究团队，首次测量了束缚在原子核内质子和中子中胶子的分布特征。这一结果是理解胶子场分布的重大进展，将有助物理学家对胶子进行成像。相关论文发表于最新一期《物理评论快报》。

胶子是一种亚原子粒子，负责介导强相互作用。它将夸克结合在一起，形成位于普通物质原子中心的质子和中子，是维系原子核结构的“胶水”。此前的研究主要集中在孤立质子或中子内胶子的分布，对于胶子在原子核内的表现仍知之甚少。

过去40多年来，科学家发现，当夸克处于原子核内部时，运动速度变慢，这一现象被称为“EMC效应”，但其成因一直未解。由于胶子不带电，是中性粒子，仅通过强相互作用起作用，因此比带电的夸克更难被测量。

为了探究胶子分布，团队采用了间接方法，即测量一种被称为J/ψ的粒子。J/ψ由粲夸克和反粲夸克构成，而粲夸克并不存在于普通质子或中子中，因此其生成过程只能来自高能光子与胶子的相互作用。

实验在杰斐逊实验室的连续电子束加速器设施中进行。团队利用高能光子束撞击氘、氦和碳等原子核。由于这些原子核内部的质子和中子处于运动状态，其动能可与光子的能量叠加，光子能量即便低于通常所需的8.2 GeV阈值，也能产生J/ψ粒子。

这项实验首次实现在亚阈值条件下J/ψ的产生，并成功测得相关数据。换句话说，借助原子核内“活动”的核子，人们成功“成像”了将质子和中子黏合在一起的“核胶水”。

更令人惊讶的是，实际测得的J/ψ数量竟高于理论预测，暗示原子核中的“核胶水”表现与孤立质子或中子内的胶子行为存在差异。