美國能源部布魯克海文國家實驗室的核物理學家利用超級電腦，成功預測了由夸克與反夸克構成的介子內電荷分布。科學家們期待未來在電子-離子對撞機（Electron-Ion Collider，EIC）上進行高能實驗，以進一步了解介子以及所有由夸克組成的粒子（即為『強子』）的特性。
這些預測和即將在EIC進行的測量，將揭示夸克和膠子（使夸克結合在一起的粒子）如何生成幾乎所有可見物質的質量和結構。
「EIC的主要科學目標是理解包括介子、質子和中子在內的強子的性質，如何由其內部的夸克和膠子的分布產生，」研究帶頭人斯瓦加托‧穆克吉說道。
最輕的介子——介子π，在核強力中起著關鍵作用。透過研究π介子、質子和其他強子的奧秘，EIC將幫助科學家揭開所有由原子組成的物質為何如此緊密結合的原因。
最新的預測結果剛剛發表在《物理評論快報》上，並與能源部托馬斯·傑斐遜國家加速器設施的低能實驗測量結果非常吻合，這些預測還擴展至新設施上計劃進行的高能實驗。
助科學家了解夸克和膠子的分布情況
EIC的對撞實驗將提供對各種散射過程的精確測量。為了將這些測量轉換為強子內部構建物質的高分辨率圖像，科學家們依賴於一種稱為「因子化」的理論方法，將複雜的物理過程分解為兩個部分，從而推斷出粒子內部結構。
為驗證因子化，研究人員進行了逆向計算。他們利用超級電腦和時空格點模擬來計算介子中的夸克-反夸克分布，並將這些結果與簡單的手工計算相結合，預測出實驗測量的電荷分布。
最終的逆向因子化計算與使用獨立計算的預測完全吻合，證實了因子化方法的可行性。這一成果將幫助科學家在未來EIC實驗中預測和分析更多無法直接計算的夸克和膠子分布。
「這項研究證明了因子化方法有效，」研究小組領導人彼得‧佩特雷茨基表示，「科學家現在可以利用未來EIC的數據來推斷那些即使使用最強大的電腦和技術也無法計算的複雜分布。」
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圖片來源：Tiffany Bowman (CC BY 4.0)
參考論文：
QCD Predictions for Meson Electromagnetic Form Factors at High Momenta: Testing Factorization in Exclusive Processes Physical Review Letters
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