物电院姚德良教授在《Nature Communications》发文精确确定核子引力形状因子并描绘核子内质量分布-湖南大学物理与微电子科学学院

物电院姚德良教授在《Nature Communications》发文精确确定核子引力形状因子并描绘核子内质量分布

创建于2025年08月13日星期三作者 : 伍美宣浏览量 :

核子（即质子和中子）是构成原子核的基本组分，提供了宇宙中可见物质的绝大部分质量。但核子的“质量半径”及其内部的质量和应力分布尚不清楚。上世纪六十年代，理论物理学家提出，可以通过引力形状因子间接获取核子质量、角动量、乃至应力的空间分布信息。然而，传统对引力形状因子的理论研究具有模型依赖性，或者不得不在一个非物理夸克质量的“虚拟世界”中进行格点QCD模拟。

针对这一长期存在的理论瓶颈，我校物理与微电子科学学院姚德良教授与中国科学院理论物理研究所曹雄辉助理研究员、郭奉坤研究员，四川大学李衢智助理研究员组成的研究团队突破性地采用色散关系这一强有力的数学工具，首次利用模型无关的方法，精确确定了核子的引力形状因子。团队还首次在真实物理条件下精确提取了核子的D项（被称为是“核子最后一个未知的整体性质”），填补了以往结果未覆盖真实物理世界的参数空间这一空白，将D项的值确定为D=−3.38 ，误差仅为10%。同时，该研究还揭示了一个新的核子内部视图：核子的标量半径为 0.97±0.03飞米，显著大于质子的电荷半径0.84飞米。这表明核子内部不再是夸克和胶子完全混杂一团，而是正反夸克活动的空间被一个范围更大的胶子云所笼罩。此外，标量半径是目前已知与强相互作用相关的核子内各种结构半径中最大的一种，因此可以视作强相互作用的“色禁闭半径”，为理解色禁闭机制提供了重要量化依据。

7月30日，该研究成果以“Dispersive determination of nucleon gravitational form factors”为题在线发表在《自然·通讯》杂志上，物电院姚德良教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目、中国博士后科学基金和湖南省杰出青年科学基金等的资助。