质子自旋结构函数g2作为不变质量W的函数。每个面板都调整为恒定的动量传递Q2（左上角的值）;此 Q2 值以 GeV2 为单位表示。误差线是统计的，是通过最终分析传播原始测量计数的标准偏差的结果。阴影区域表示系统不确定性，如正文所述，系统不确定性由非极化模型系统和稀释因子主导。黑色虚线代表现象学大厅B模型34，35。灰线表示零，以便更轻松地区分数据中的符号变化。来源：自然物理学（2022 年）。DOI： 10.1038/s41567-022-01781-y
量子色动力学是一个研究领域，探索胶子介导的夸克之间的强相互作用。夸克是带有电荷的基本粒子，是复合粒子（如强子和质子）的组成部分。
量子色动力学体系中强相互作用的某些方面仍然知之甚少，特别是在低能量和低动量转移的相互作用方面。一种预测核子广义极化率（即描述核子对量子色动力学中外部场响应的基本量）的理论是手性扰动理论。
手性扰动是一种有效的场论，与量子色动力学的估计手性对称性相一致。该理论通常用于研究量子色动力学体系中的低能相互作用，特别是在其潜在的手性对称性方面。
新罕布什尔大学、弗吉尼亚大学、威廉玛丽学院以及美国和中国其他研究所的研究人员最近在实验环境中测试了手性扰动理论的预测。他们的论文发表在《自然物理学》上，提供了对强量子色动力学体系中质子的自旋结构和广义极化率的测量。
“只有少数特征可以总结质子的性质 - 质量，电荷等，”进行这项研究的研究人员之一Karl Slifer告诉 Phys.org。“鉴于质子在所有可见物质中作为基础粒子的作用，我们很好地理解这些特性非常重要。大约十年前，很明显，对其中一个量（称为广义自旋极化率）的理论理解非常不令人满意。
Slifer和他的同事最近工作的主要目标是以可靠的方式测量广义质子的自旋极化率。为此，他们使用了固体极化氨（NH3） 具有强磁场的目标，垂直于入射电子束的方向。
“我们的设计导致光束在到达目标的途中穿过磁场时发生较大的偏转，”Slifer解释说。“因此，需要大量的工程才能将光束传递到目标上，并且需要多年的分析才能从目标出现的散射电子中提取反应截面。
利用他们收集的测量结果，Slifer和他的同事能够表征单个质子（即原子核中发现的亚原子粒子）的内部自旋结构。从他们的数据中，他们还提取了质子的纵横自旋极化率，扭曲-3矩阵元素和极化率d2，由手性扰动理论估计的关键参数。
“有两组主要的理论家正在对这个数量进行计算，”Slifer说。“这些小组采用的方法略有不同，但原则上两种预测都直接来自与量子色动力学（QCD）相同的假设和对称性。QCD是强力理论 - 自然界中仅有的四种已知力之一 - 并且QCD的直接测试是出了名的难以获得。
最终，为了确定理论预测的有效性，这些预测需要在实验环境中进行测试。Slifer及其同事收集的研究结果可用于验证手性扰动理论的预测，这反过来可以提高我们对强量子色动力学体系的理解，包括质子的自旋结构和广义自旋极化率。
“横向极化质子数据在历史上是稀缺的，因为这些实验很难运行和分析，”Slifer补充道。“但是我们的结果表明，这种数据确实有助于阐明质子的自旋依赖性是如何产生的。我们的理论同事要求我们将这些测量扩展到更高的能量。这是另一个非常困难的实验，需要数年的时间来运行和分析，但它应该完成。
更多信息：D. Ruth等，强量子色动力学体系中的质子自旋结构和广义极化率，Nature Physics（2022）。DOI： 10.1038/s41567-022-01781-y
期刊信息：自然物理学
,
