質子質量的起源研究獲進展

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近日，中國科學院近代物理研究所夸克物質研究中心陳旭榮研究員團隊在質子質量的起源研究中取得新進展，團隊從實驗出發深入探討了質子內部的奇異夸克對質子質量的影響。相關研究于2月27日發表在Physical Review D上。 

核子（質子和中子的統稱）質量占宇宙可見物質質量的99%以上。核子質量的起源，與跡反常、色禁閉和動力學手征對稱破缺等現象緊密聯系。理解核子質量的起源是核物理研究中一個非常重要且深刻的問題。 

傳統觀點認為，質子內部夸克的質量主要來源于其三個組分夸克：兩個上夸克和一個下夸克，其他夸克的貢獻幾乎可以忽略不計。最近的研究表明，質子內部可能存在更大質量的夸克，如奇異夸克和粲夸克等。然而，關于奇異夸克和粲夸克等重夸克是否對質子質量有重要貢獻，目前還缺乏直接的實驗證據。 

通過建立質子的量子反常能與總西格瑪項（包括輕夸克和重夸克對質子質量的貢獻）之間的關系，近代物理所研究團隊從矢量介子在近質量閾處的光生微分截面實驗數據中提取了西格瑪項的值。結果顯示，重夸克的西格瑪項值比人們之前的預期要大，約為337兆電子伏特（偶極子擬合）和455兆電子伏特（指數擬合），約占整個質子質量（938兆電子伏特）的36~48%。指數擬合結果不為零的顯著度達到了大約7個標準差。此外，研究中使用的實驗數據來自兩個不同的合作組，團隊利用Kolmogorov–Smirnov檢驗方法發現從兩組數據中提取的西格瑪項值是兼容的。 

與以往的模型或格點計算不同，該研究是首次利用實驗數據直接給出西格瑪項的取值范圍。該工作進一步深化了人們對量子色動力學理論和質量起源的理解，為國內外電子離子對撞機項目提供理論支持，并為未來研究質子質量起源問題提供了新的思路。

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.036034

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