中國科學院近代物理研究所科研人員近日從實驗數據中提取出質子質量半徑值，相關研究成果以快報形式發表在Physical Review D上。
人們對物質結構的理解已深入到核子（質子和中子的統稱）的內部：夸克和膠子。質子的半徑比原子小十萬倍左右，夸克和膠子的尺度比質子小幾個量級。從理論和實驗上理解質子質量問題是高能核物理領域的熱點課題。質子的性質包括電磁性質和引力性質等。其中，質子的電荷半徑屬于電磁性質，已被精確測量；質子的質量結構和質量半徑屬于引力性質。然而，由于夸克和膠子之間的相互作用復雜，直接測量較為困難，科學家們對于質子質量結構和質量半徑的了解還十分有限。
中科院近代物理所研究員陳旭榮團隊利用光生和電生過程的omega、phi和J/psi矢量介子在閾值附近產生的實驗數據，基于雙膠子交換模型，對數據進行分析，從標量引力形狀因子提取出質子質量半徑的值為0.67±0.03飛米。根據粒子物理國際合作組織“粒子數據組（Particle Data Group）”公布的數據，質子電荷半徑的測量平均值為0.8409±0.0004飛米。與質子電荷半徑相比，該研究提取的質子質量半徑明顯偏小，表明質子的質量分布比電荷分布更加緊密。
該研究將促進對質子內部結構和量子色動力學理論的進一步理解。未來，國內外電子離子對撞機將提供更高統計量的數據，為更精確地測量質子質量半徑和研究質子質量結構提供可能。
研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金的支持。
圖1.光生或電生過程中矢量介子的近閾產生（雙膠子交換模型）示意圖
圖2.從實驗數據中提取的質子質量半徑