質子自旋之謎破解！科學家揭開膠子自旋關鍵證據
多年來，物理學家一直試圖解開次原子世界的複雜結構，其中最令人困惑的問題之一就是質子自旋的來源。現在，一個國際研究團隊透過創新方法重新檢視實驗資料，並運用晶格量子色動力學(QCD)框架，為膠子自旋(∆g)的正值提供了強力證據。
核子物理學家普遍認為，質子的自旋來自其內部組成：夸克以及將它們束縛在一起的膠子。然而，夸克和膠子對質子總自旋的具體貢獻始終是個謎團。這項最新研究發表在頂尖期刊《物理評論快報》上，由傑佛遜實驗室角動量合作組(JAM)的科學家們共同完成。
研究團隊成員包括來自美國能源部傑佛遜國家加速器實驗室的Wally Melnitchouk和Nobuo Sato，以及澳洲阿德萊德大學的Nicholas Hunt-Smith、Anthony Thomas和Martin White等專家。Thomas特別提到，傑佛遜實驗室與阿德萊德大學的合作已有數十年歷史，儘管兩地時差達14.5小時。
這項研究解決了一個關鍵問題：膠子自旋的符號是正還是負？質子的自旋為½，這個數值由內部組分的自旋共同構成。Melnitchouk解釋：「我們想知道：質子自旋有多少來自三個價夸克？多少來自膠子？又有多少來自誇克和膠子的軌道角動量？」
研究團隊採用了與眾不同的分析方法，盡可能減少理論假設。他們整合了傑佛遜實驗室CEBAF加速器和布魯克海文國家實驗室RHIC對撞機的新舊實驗資料。Hunt-Smith強調：「我們特別關注深度非彈性散射實驗中的高x資料，這些資料顯示了電子與質子組成部分碰撞後的高動量粒子。」
最終分析結果顯示，負∆g的可能性大幅降低。Thomas指出：「這是首次有人將傑佛遜實驗室的這些資料納入全面性全球分析，這些資料涵蓋了其他團隊無法觸及的領域。」雖然研究尚未完全排除負∆g的可能性，但Sato表示，未來透過傑佛遜實驗室12 GeV升級計畫或即將建造的電子-離子對撞機，有望獲得決定性證據。
這項突破性研究不僅為質子自旋之謎帶來新見解，也展示了實驗資料與理論計算結合的重要性，為次原子物理學開闢了新方向。
