中国科学院近代物理研究所夸克物质中心核子结构室研究团队基于NPC（Non-perturbative Physics Collaboration）合作组在部分子碎裂函数研究方面取得了重要进展，首次以当前最高理论精度破解了夸克碎裂为强子的关键规律，相关研究成果于7月24日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，为人类理解物质微观结构提供了全新视角。

半个多世纪前，物理学家比约肯、费曼等提出“部分子碎裂函数（Fragmentation Functions，FFs）”概念，用以描述带色夸克和胶子碎裂为色中性强子的跃迁几率密度，对于预言高能强子的产生以及理解量子色动力学的色禁闭、强子化机制至关重要。由于部分子碎裂函数的非微扰和含时演化特性，人们目前无法通过微扰计算或格点模拟来直接确定，而基于实验数据的全局分析是精确确定部分子碎裂函数的唯一有效手段。

在此项研究中，NPC合作组基于正负电子湮灭和半单举深度非弹性散射实验数据，特别是北京谱仪的数据，首次实现了对π±、K±等带电轻强子碎裂函数的完整次次领头阶全局分析的突破，将理论计算精度提升到当前最新高度。研究通过检验低能区正负电子湮灭和半单举非弹性散射数据一致性，证实了强子产生过程的共线因子化方案具有高度可靠性。同时，深入分析了最新的强子产生数据对部分子分布函数（Parton Distribution Functions, PDFs）的影响，发现其倾向于支持质子中奇异夸克与反夸克之间的不对称性低于当前PDF的预测值，为理解核子结构提供了新的信息。该成果标志着微扰QCD高精度计算在全局数据分析方面取得的又一项重要进展，研究所发展的分析方法和获得的高精度碎裂函数将为未来电子-离子对撞机上的核子结构高精度研究提供强有力的支撑。

NPC合作组由上海交通大学物理与天文学院研究团队、华南师范大学量子物质研究院研究团队、中国科学院近代物理研究所夸克物质中心研究团队组成。论文作者包括上海交通大学高俊教授、周斌博士后，华南师范大学邢宏喜研究员，中国科学院近代物理研究所沈晓民副研究员、赵宇翔研究员。该工作是NPC合作组在碎裂函数研究方面取得的系列成果之一[1,2,3,4]，得到了国家自然科学基金、上海市教科委以及中国科学院青年团队项目的支持。

图：（a）部分子碎裂至强子过程示意图,（b）电子-质子半单举深度非弹性散射过程示意图 （c）正负电子湮灭过程示意图。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/mcwy-b221

[1]Jun Gao, XiaoMin Shen, Hongxi Xing, Yuxiang Zhao, Bin Zhou Phys. Rev. Lett. 135, 041902 (2025)

[2]Jun Gao, ChongYang Liu, Mengyang Li， XiaoMin Shen, Hongxi Xing, Yuxiang Zhao, Yiyu Zhou， arXiv:2503.21311

[3]Jun Gao, ChongYang Liu, XiaoMin Shen, Hongxi Xing, Yuxiang Zhao, Phys. Rev. Lett. 132, 261903 (2024)

[4]Jun Gao, ChongYang Liu, XiaoMin Shen, Hongxi Xing, Yuxiang Zhao, Phys. Rev. D 110 (2024), 114019 (Editor’s suggestion)