科研人員在碎裂函數和強子化實驗研究方面取得重要進展
近日，近代物理所夸克物質中心核子結構室在碎裂函數和強子化實驗研究方面取得重要進展。該研究利用北京譜儀（BESIII）能量掃描數據，精確測量了帶電pion和Kaon介子的單舉產生微分截面，為解決量子色動力學低能區非微擾性質的研究難題提供了關鍵實驗數據。相關研究成果于10月8日發表在《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. 135,151901(2025)）上。此項工作由近代物理所趙宇翔研究員和沈曉民副研究員團隊、上海交通大學高俊教授團隊、華南師范大學邢宏喜研究員團隊、中國科學技術大學鄢文標教授和周小蓉特任教授團隊與鄭州大學張亞騰研究員團隊合作完成（單位按英文字母排序）。
標準模型的量子色動力學（QCD）是描述部分子（夸克和膠子）間強相互作用的理論，它的最大挑戰來自于低能區的非微擾性質。由于色禁閉效應，實驗上無法直接觀測到帶色荷的部分子，只能探測色中性的強子。碎裂函數描述了部分子的強子化過程，對其研究是理解強子產生機制的重要手段。正負電子對撞中單舉強子的產生被認為是研究碎裂函數最有效的過程之一（如圖1所示）。目前，在質心能量低于10 GeV的區域，能用于碎裂函數研究的高精度正負電子對撞實驗數據極為有限。
面對這一挑戰，團隊利用北京譜儀（BESIII）能量掃描數據，精確測量了帶電pion和Kaon介子單舉產生微分截面，最高精度達1%~2%。結合NPC合作組（Non-perturbative Physics Collaboration）的全局數據擬合研究，這一新的測量結果與基于次次領頭階（NNLO）精度的量子色動力學（QCD）理論分析相符合，尤其是大動量強子區域（如圖2所示）。該研究成果為檢驗低能區QCD因子化定理及部分子碎裂過程中同位旋對稱性的有效性提供了有力的實驗支持，對深入理解強相互作用動力學具有重要意義。
該成果是BESIII實驗合作組與NPC理論團隊深度合作完成的研究論文。實驗部分由近代物理所黃麟欽博士、趙宇翔研究員，中國科學技術大學劉衛民博士，德國Mainz大學王維平博士后（原中國科學技術大學博士后），鄭州大學葛玲碩士（現為東南大學博士研究生）及張亞騰研究員基于BESIII實驗合作完成。理論計算由近代物理所沈曉民副研究員（原上海交通大學博士后）,上海交通大學高俊教授及華南師范大學邢宏喜研究員合作完成。
該研究工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院和中國博士后科學基金會等部門的支持。
文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/5kxw-3mbw
圖1：正負電子對撞過程研究強子碎裂函數示意圖
圖2：帶電pion和Kaon介子單舉產生微分截面結果
（夸克物質中心核子結構室??? 供稿）
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