核子是組成物質(zhì)世界的基本粒子，宇宙中可見物質(zhì)世界99%以上的質(zhì)量由核子攜帶。理解核子內(nèi)部結(jié)構(gòu)對研究物質(zhì)世界的基本組成和基本相互作用具有重要意義。人們普遍認(rèn)為，核子由夸克(含反夸克)和膠子組成。夸克攜帶+2/3或-1/3電子電荷和1/3重子數(shù)，反夸克攜帶的電荷和重子數(shù)與夸克相反，而膠子既不攜帶電荷也不攜帶重子數(shù)。研究通過精確的實(shí)驗(yàn)測量，發(fā)現(xiàn)核子內(nèi)部需要一種攜帶重子數(shù)但不攜帶電荷和色荷的基本結(jié)構(gòu)，對上述用來描述核子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的樸素夸克模型提出了挑戰(zhàn)。
 

　　該項(xiàng)研究從兩個方面得到了自洽的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)組首先測量高速運(yùn)動的原子核中核子被減速的程度。高速運(yùn)動的核子被減速的程度與核子內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)及其相互作用密切相關(guān)。STAR國際實(shí)驗(yàn)組對高能原子核—原子核碰撞中核子被減速的程度進(jìn)行了精確測量，并開展了光子—原子核碰撞中核子被減速程度的測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與基于樸素夸克模型核子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算結(jié)果存在很大差異，而與基于三個膠子相連組成的“Y”型膠子結(jié)的理論計(jì)算吻合。這種膠子結(jié)與單個膠子最大的差異是它攜帶一個單位的重子數(shù)，可以輸運(yùn)重子數(shù)，有利于重子的減速。
 

　　同時，實(shí)驗(yàn)組精確測量了被減速的重子數(shù)與電荷數(shù)的比值。在樸素夸克模型中，只有夸克攜帶重子數(shù)，通過測量被減速的重子的總數(shù)可以得到被減速的夸克總數(shù)，進(jìn)而得到預(yù)期的電荷數(shù)。實(shí)驗(yàn)測得的電荷數(shù)只有預(yù)期的一半，表明核子中除了夸克和膠子，還需要一種攜帶重子數(shù)但是不攜帶電荷的基本結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)核子基本組分夸克和膠子均不具備上述特征，而上述“Y”型膠子結(jié)具備這一特征。
 

　　上述兩類實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果均不支持樸素夸克模型的核子內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，表明核子中存在一種奇特結(jié)構(gòu)。目前膠子結(jié)是唯一可以自洽地描述上述系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的理論。研究認(rèn)為，這一成果或開啟粒子物理的新篇章。
 

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院等的支持。
 

　　相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《科學(xué)》(Science)上。
 

　　引用：科學(xué)家觀測到核子內(nèi)部奇特結(jié)構(gòu)---- 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)【引用時間：2026年8月19日】