近日，中國科學院理論物理研究所助理研究員曹雄輝和研究員郭奉坤，聯合四川大學助理研究員李衢智和湖南大學教授姚德良，利用模型無關的方法，精確確定了真實世界中核子的引力形狀因子。
核子包括質子和中子。它們組成了各種各樣的原子核，提供了宇宙中可見物質的大部分質量。物理學家以電子為探針去“轟擊”質子，觀測到質子并非基本的點粒子。其電荷具有一定的空間分布，擁有非零的“電荷半徑”。但是，質子或核子的“質量半徑”及其內部的質量和應力分布尚不清楚。
該研究采用色散關系這一數學工具，構建了聯結低能強子散射實驗數據與引力形狀因子理論結果的橋梁。研究通過兩個π介子在能量較低的區間的散射數據，結合量子場論的基本原理，得到π介子的引力形狀因子。這些結果是分析核子引力形狀因子的關鍵輸入。在完成對π介子引力形狀因子的精確描述后，研究將核子的引力結構與π介子-核子散射的交叉過程聯系起來，結合高精度Roy-Steiner方程的結果，確保整個理論框架遵守解析性和幺正性的要求，且與低能區的散射實驗數據吻合。這使得科研人員得到核子引力形狀因子的模型無關的精確結果，消除了以往結果或依賴于模型或不對應真實物理情況的弊端。
此外，除電荷、質量、自旋和磁矩等基本性質外，核子及其他微觀粒子還具有被稱為D-項的性質。近年來，隨著計算技術發展，物理學家通過格點QCD方法取得了一些在非物理夸克質量下的結果，但這些結果未覆蓋真實物理世界的參數空間。該研究填補了這一空白，將D-項的值確定為，誤差僅為10%。
進一步，計算表明，由QCD能動量張量跡的空間分布定義的均方根半徑，也就是核子的標量半徑為0.97±0.03飛米，大于質子的電荷半徑。這提供了新的核子內部視圖，不再是夸克和膠子完全混雜一團，而是正反夸克活動的空間被一個范圍更大的膠子云所籠罩。同時，研究顯示，描述質量在核子內部空間分布的質量半徑為飛米。研究比較不同的半徑發現，核子的標量半徑是已知強相互作用相關的多種核子內部分布的半徑中最大的一種，因而標量半徑可以被看做強相互作用的色禁閉半徑。
相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學基金、中國博士后科學基金、中國科學院相關項目等的支持。
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本文鏈接：研究確定核子引力形狀因子http://www.sq15.cn/show-12-1588-0.html
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