科研進展
近代物理所在部分子碎裂函數研究方面取得重要進展
中國科學院近代物理研究所夸克物質中心核子結構室研究團隊基于NPC（Non-perturbative Physics Collaboration）合作組在部分子碎裂函數研究方面取得了重要進展，首次以當前最高理論精度破解了夸克碎裂為強子的關鍵規(guī)律，相關研究成果于7月24日發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，為人類理解物質微觀結構提供了全新視角。
半個多世紀前，物理學家比約肯、費曼等提出“部分子碎裂函數（Fragmentation Functions，FFs）”概念，用以描述帶色夸克和膠子碎裂為色中性強子的躍遷幾率密度，對于預言高能強子的產生以及理解量子色動力學的色禁閉、強子化機制至關重要。由于部分子碎裂函數的非微擾和含時演化特性，人們目前無法通過微擾計算或格點模擬來直接確定，而基于實驗數據的全局分析是精確確定部分子碎裂函數的唯一有效手段。
在此項研究中，NPC合作組基于正負電子湮滅和半單舉深度非彈性散射實驗數據，特別是北京譜儀的數據，首次實現了對π±、K±等帶電輕強子碎裂函數的完整次次領頭階全局分析的突破，將理論計算精度提升到當前最新高度。研究通過檢驗低能區(qū)正負電子湮滅和半單舉非彈性散射數據一致性，證實了強子產生過程的共線因子化方案具有高度可靠性。同時，深入分析了最新的強子產生數據對部分子分布函數（Parton Distribution Functions,PDFs）的影響，發(fā)現其傾向于支持質子中奇異夸克與反夸克之間的不對稱性低于當前PDF的預測值，為理解核子結構提供了新的信息。該成果標志著微擾QCD高精度計算在全局數據分析方面取得的又一項重要進展，研究所發(fā)展的分析方法和獲得的高精度碎裂函數將為未來電子-離子對撞機上的核子結構高精度研究提供強有力的支撐。
NPC合作組由上海交通大學物理與天文學院研究團隊、華南師范大學量子物質研究院研究團隊、中國科學院近代物理研究所夸克物質中心研究團隊組成。論文作者包括上海交通大學高俊教授、周斌博士后，華南師范大學邢宏喜研究員，中國科學院近代物理研究所沈曉民副研究員、趙宇翔研究員。該工作是NPC合作組在碎裂函數研究方面取得的系列成果之一[1,2,3,4]，得到了國家自然科學基金、上海市教科委以及中國科學院青年團隊項目的支持。
圖：（a）部分子碎裂至強子過程示意圖,（b）電子-質子半單舉深度非彈性散射過程示意圖 （c）正負電子湮滅過程示意圖。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/mcwy-b221
[1]Jun Gao,XiaoMin Shen,Hongxi Xing,Yuxiang Zhao,Bin Zhou Phys. Rev. Lett. 135,041902 (2025)
[2]Jun Gao,ChongYang Liu,Mengyang Li， XiaoMin Shen,Hongxi Xing,Yuxiang Zhao,Yiyu Zhou， arXiv:2503.21311
[3]Jun Gao,ChongYang Liu,XiaoMin Shen,Hongxi Xing,Yuxiang Zhao,Phys. Rev. Lett. 132,261903 (2024)
[4]Jun Gao,ChongYang Liu,XiaoMin Shen,Hongxi Xing,Yuxiang Zhao,Phys. Rev. D?110?(2024),?114019 (Editor’s suggestion)
