“这一测量显示，质子自旋拼图的夸克片由几件组成，”来自阿比林基督教大学的STAR副发言人JamesDrachenberg说。“这不是一个无聊的谜题;它没有平分。这是一个更复杂的画面，这个结果让我们第一眼看到那张照片看起来像什么。”

这不是科学家对质子旋转的看法第一次发生变化。20世纪80年代，欧洲核子研究中心(CERN)的一项实验表明，质子内的夸克和反夸克自旋的总和最多可占整体的四分之一，这是一场全面的旋转“危机”。旋。RHIC是美国能源部科学办公室，用于布鲁克海文国家实验室核物理研究的用户设施，部分建立，因此科学家们可以测量其他组成部分的贡献，包括反夸克和胶子(“粘合”在一起，或绑定，夸克和反夸克形成质子和中子等粒子。

反夸克只有短暂的存在。当胶子分裂时，它们形成夸克-反夸克对。

“我们将这些对称为夸克海，”Drachenberg说。“在任何一个瞬间，你都有夸克，胶子和夸克-反夸克对的海洋，它们在某种程度上对质子的描述有所贡献。我们理解这些海夸克在某些方面的作用，但不是在旋转方面。“。

探索海洋的味道

一个关键的考虑因素是海夸克的不同“味道”是否会导致不同的旋转。

夸克有六种口味-构成普通可见物质的质子和中子的上下变种，以及其他四种外来物种。分裂胶子可以产生夸克/反夸克对，下夸克/反夸克对-有时甚至是更奇特的夸克/反夸克对。

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的STAR合作者ErnstSichtermann表示，“没有理由认为胶子会分裂成这些口味中的一种或另一种。”他在海夸克研究中发挥了主导作用。“我们期望上下对的数量相等，但这不是我们所看到的。”欧洲核子研究中心和美国能源部费米国家加速器实验室的测量结果一直发现反夸克比反夸克更多。

“因为有这种惊喜-这两种口味丰富的不对称-我们认为他们在旋转中的作用可能会出人意料，”Drachenberg说。实际上，RHIC的早期结果表明两种口味的旋转方式可能存在差异，这促使STAR团队进行更多实验。

实现旋转目标

这一结果代表了20年RHIC旋转计划的数据积累。这是RHIC曙光初期激励旋转计划的两个最初支柱之一的最终结果。

对于所有这些实验，STAR分析了RHIC中极化质子碰撞的结果-碰撞，其中RHIC两束质子的整体自旋方向以特定方式排列。寻找当翻转一个偏振质子束的自旋方向时产生的某些粒子数量的差异可以用于跟踪各种成分的自旋对准-并因此跟踪它们对整体质子自旋的贡献。

对于海夸克测量，STAR物理学家计算电子和正电子-反电子版本的电子在各方面都是相同的，除了它们携带正电荷而不是负电荷。电子和正电子来自称为W玻色子的粒子的衰变，它们也有负的和正的变化，这取决于它们是否包含向上或向下的反夸克。当碰撞质子的自旋方向被翻转时产生的电子数量的差异表明W-产生的差异并且用作测量向上反夸克的自旋对准的支柱。类似地，正电子的差异来自W+产生的差异，并且用于测量向下反夸克的自旋贡献的替代角色。

新探测器，增加了精度

最新数据包括STAR的端盖热量计捕获的信号，该热量计从每次碰撞中拾取靠近光束线向前和向后行进的粒子。随着这些新数据被添加到垂直于碰撞区出现的粒子数据，科学家们已经缩小了结果的不确定性。数据显示，第一次，反向夸克的旋转对整体质子自旋的贡献大于向下反夸克的旋转。

“这种'味道不对称'，正如科学家所说的那样，本身就令人惊讶，但更重要的是考虑到反夸克比反夸克还要多，”山东大学的徐庆华说，他是另一位主要科学家，负责监督其中一名研究生。分析对论文至关重要。

正如Sichtermann指出的那样，“如果你回到最初的质子旋转拼图，我们得知夸克和反夸克旋转的总和只占质子旋转的一小部分，接下来的问题是胶子的贡献是什么?是什么?夸克和胶子的轨道运动的贡献?但是，为什么夸克贡献如此之小?是因为夸克和反夸克自旋贡献之间的取消?还是因为不同夸克风味之间的差异?

“以前的RHIC结果表明，胶子在质子自旋中发挥了重要作用。这一新的分析清楚地表明海洋也发挥了重要作用。它比胶水分裂成任何你想要的味道要复杂得多-而且非常有理由深入海洋。“

来自坦普尔大学的物理学家BerndSurrow帮助开发了Wboson方法并监督了两位研究生，他们的分析导致了新出版物的同意。“经过RHIC多年的实验工作，这一激动人心的新成果为质子内部的夸克和胶子的量子涨落提供了更深刻的理解。这些是吸引年轻人的基本问题-将继续扩大我们的知识范围。“

额外的STAR测量可以提供对异国夸克/反夸克对的自旋贡献的深入了解。此外，美国科学家希望在拟议的未来电子离子对撞机上深入研究旋转之谜。这个粒子加速器将使用电子直接探测质子内部组件的自旋结构-并最终解决质子旋转拼图。

为什么研究质子自旋？

旋转是粒子的基本属性，对粒子的特性和电荷必不可少。因为粒子具有旋转，所以它们可以像具有特定极性的微小磁体一样起作用对齐和翻转质子自旋的极性​​是磁共振成像(MRI)等技术的基础。但科学家仍在努力了解质子的内部构造块-夸克-胶子和夸克-反夸克对的海洋，以及它们在质子内的运动-如何构建整个粒子的旋转。了解质子自旋是如何从其内部构件中产生的，可以帮助科学家了解质子内复杂的相互作用如何产生其整体结构，