质子结构与质子自旋组成是什么?

质子结构是人们对物质深层次结构认识的最前沿,高能反应实验特别是电子质子深度非弹性散射实验的开展,推动了理论研究的不断深入,发展出量子色动力学基础上的部分子模型,成为描述质子结构的标准动力学图像,更新了人们对物质结构认识的观念,也为检验量子色动力学、研究其性质与应用方法提供了一个核心前沿基地,发展出因子化定理与共线展开等重要方法.而近年来实验对质子自旋结构、质子电磁半径的测量相继引发的"质子自旋之谜"与"质子半径之谜"等,更加激发了粒子物理与核物理学界的研究兴趣,对质子结构的研究也从简单的一维纵向运动深入到包括横动量和自旋依赖的三维情形,从单纯的数密度分布扩展到各类的自旋与动量关联函数,包括描述量子干涉效应在内的阶压低的高扭度分布函数,研究内容与研究方法不断地更新.近期新的实验基地,如美国电子离子对撞机等的建设更将推动该方向研究迎来快速发展的高峰期,我国规划中的相应的大科学装置也有望在该领域的研究中发挥重要作用.

应用光核反应计算μ原子中的核极化效应

近年来,瑞士保罗谢勒研究所的CREMA合作组通过测量μ氢原子兰姆位移显著提升了质子半径的测量精确度。然而这一新实验结果与已知质子半径标准值(CODATA)相差5.6个标准差,被称为质子半径之谜,受到众多物理学家的关注。受此启发,CREMA合作组在不同的μ原子中展开了一系列兰姆位移光谱的测量实验。他们计划从这些μ原子的测量中得到轻核(包括^(2,3)H,^(3,4)He)的电荷半径。除了对光谱测量精度的要求外,轻核半径的实验精度当前仍被一项理论输入量限制:核极化效应对μ原子光谱的修正。核极化效应体现了μ子与原子核进行双光子交换中对核的虚激发,进而对μ原子能谱产生高阶修正。因此,这一效应与光核反应以及康普顿散射直接相关。核极化效应对兰姆位移的修正可通过计算光核吸收截面以及虚光子康普顿振幅的求和规则而得到。本工作运用第一性原理的核结构计算方法,研究了μ原子中的核极化效应。通过结合现代核力模型与超球简谐基展开多体方法,计算了一系列与核极化相关的光核反应及康普顿散射求和规则。这一理论研究为从μ原子光谱测量中对核半径的精确提取提供了关键性的理论输入。