核子海动量依赖性:新证据与理论挑战

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本文主要探讨了核子(proton)内部的味结构——特别是u夸克(up quarks)与d夸克(down quarks)在深非弹性散射(Deep Inelastic Scattering, DIS)中的动量依赖性。在这个研究中,科学家们关注的是一个早期发现的现象,即在质子中u夸克和d夸克的分布存在显著差异,这违背了Gottfried和规则。Gottfried sum rule原本预测u和d两种轻子的海洋(sea quarks)在质子中的贡献应该相等,但实际上实验观测显示这一平衡在较小的动量分数x区间(0.02 < x < 0.35)内被打破。 Drell-Yan和半包容性DIS实验的数据揭示了d(x)-u(x)这个差值的部分动量依赖特性,其中d(x)减去u(x)可能在x约等于0.3时出现符号反转。这是一个重要的物理现象,因为理论模型在此之前未能充分解释这一反转行为。作者通过分析DIS数据,提供了独立证据支持在x=0.3处d(x)与u(x)的分布反转,这挑战了现有理论的理解。 文章进一步深入研究了这一问题,将讨论的焦点置于介子云模型(Meson Cloud Model)以及基于晶格量子色动力学(Lattice Quantum Chromodynamics, LQCD)的计算框架。介子云模型考虑了质子内部可能存在各种介子态,这些介子由u和d夸克组成,可能影响它们在不同动量尺度下的分布。而LQCD作为第一性原理的计算方法,能够提供基于量子色动力学的精确计算结果,有助于揭示夸克分布的微观细节。 这篇研究不仅验证了核子内部味结构的复杂性,而且还提出了一个有待进一步探索的物理现象,即在x=0.3附近的d(x)-u(x)符号反转,这可能对理解质子内部夸克动态、强相互作用以及粒子物理学的基本定律有着深远的影响。后续的工作将围绕这两个模型展开,以期更全面地揭示核子内部夸克分布的深层次规律。