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20世紀(jì)80年代，質(zhì)子自旋危機發(fā)現(xiàn)夸克自旋在質(zhì)子自旋中貢獻相對較小。自此，質(zhì)子自旋結(jié)構(gòu)成為粒子物理領(lǐng)域的研究熱點之一。同時，精確測量質(zhì)子三維自旋結(jié)構(gòu)成為電子離子對撞機等國際大科學(xué)裝置的主要物理目標(biāo)之一。

近日，中國科學(xué)院近代物理研究所研究員孫鵬和趙宇翔團隊，聯(lián)合北京大學(xué)教授馬伯強和山東大學(xué)教授劉天博，在質(zhì)子自旋結(jié)構(gòu)研究方面取得進展。該團隊提取了質(zhì)子中橫動量依賴的部分子螺旋度分布函數(shù)。

研究采用量子色動力學(xué)橫動量依賴的因子化理論框架，在次領(lǐng)頭階和次次領(lǐng)頭對數(shù)，剖析了全球已有的半單舉深度非彈性散射過程橫動量依賴縱向雙自旋不對稱度的實驗數(shù)據(jù)。研究基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計誤差、系統(tǒng)誤差及數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，上夸克和下夸克的部分子螺旋度分布函數(shù)存在顯著非零信號，且橫動量積分結(jié)果與共線螺旋度分布相符合，而?？淇撕湍z子的分布存在較大不確定性。

研究發(fā)現(xiàn)，在價夸克主導(dǎo)的中等縱向動量分?jǐn)?shù)x區(qū)域，夸克極化度隨橫動量增加而下降。這驗證了相對論運動學(xué)效應(yīng)即Melosh-Wigner轉(zhuǎn)動是質(zhì)子自旋“丟失”的主要物理機制。同時，研究在海夸克主導(dǎo)的較小x區(qū)域發(fā)現(xiàn)，夸克極化度隨橫動量變化呈現(xiàn)出相反變化趨勢，提示質(zhì)子自旋結(jié)構(gòu)在該區(qū)域存在復(fù)雜的強相互作用動力學(xué)效應(yīng)。基于此，中國極化電子離子對撞機有望在?？淇藚^(qū)域提高質(zhì)子三維自旋結(jié)構(gòu)的測量精度。

上述成果有助于科研人員探討質(zhì)子三維自旋結(jié)構(gòu)，并為下一代高精度實驗測量提供理論支撐。

相關(guān)研究成果以First Extraction of Transverse-Momentum Dependent Helicity Distributions為題，發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

論文鏈接

三維螺旋度分布在不同縱動量分?jǐn)?shù)下隨橫動量的分布，依次為上夸克螺旋度分布、下夸克的螺旋度分布、三種?？淇说穆菪确植肌⒛z子的螺旋度分布

質(zhì)子中夸克極化度在不同縱動量分?jǐn)?shù)下隨橫動量變化示意圖