近日，我校核物理与核技术全国重点实验室叶早晨教授、杨帅研究员课题组，联合美国莱斯大学课题组，依托CMS国际合作实验在原子核深层结构与“胶子饱和”现象研究中取得重要突破。研究成果于2025年9月9日发表在国际顶尖学术期刊《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 135, 112301 (2025)】，并获选为“编辑推荐”（Editor’s Suggestion）。
自然界中，夸克和胶子是构成质子、中子及所有可见物质的基本粒子，其中胶子承担着将夸克紧密结合的关键作用。揭示它们在极端条件下的分布规律，是理解强相互作用本质与宇宙早期演化的重要科学问题。量子色动力学（QCD）预言，在小动量分数（x）区域，胶子密度会因级联劈裂而迅速增长；在更小 x 下，致密胶子系统中的非线性融合效应则可能抑制其无限增长，使劈裂与融合达到动态平衡，形成所谓的“胶子饱和”。然而，这一现象的确切形成条件和显著特征迄今仍缺乏直接的实验验证。
高能超周边重离子碰撞（UPC）中的光致矢量介子产生是探测小x区域核内胶子结构的关键手段。该过程分为两类：非相干过程，即光子与单个核子相互作用，可进一步分为弹性（核子保持完整）与解离（核子碎裂）两种情况，所产生的矢量介子具有较高横动量，对核子尺度上的胶子空间分布及量子涨落尤为敏感；相干过程则对应光子与整个原子核的集体作用，产物横动量极低，反映的是核尺度上胶子的平均分布。然而，在同种重核UPC中，光子与胶子的来源在实验上难以区分，长期限制了对极小x区域胶子结构的研究。针对这一挑战，研究团队提出并实现了一种创新的解耦方法：通过分析非相干J/ψ与前向中子的快度关联，并结合库仑激发所致的前向中子多重数分布，首次在非相干J/ψ产生中成功分离出不同能量光子–胶子相互作用的贡献【1】。
研究显示，非相干与相干过程中J/ψ产生截面均呈现出饱和趋势，但非相干过程的核压低效应明显更强，并在 x < 10⁻⁴ 时趋于恒定（如上图所示）。这一结果与该团队早前首次完成的相干测量工作【2】形成呼应。进一步分析发现，非相干与相干截面比值几乎不随能量变化，并与考虑量子涨落的色玻璃凝聚（CGC）模型预言相符，但单独比较时，两者的核压低效应仍与理论存在显著差异。该成果不仅为揭示小 x 区域的非线性演化机制和验证“胶子饱和”这一 QCD 关键预言提供了重要实验依据，也为未来电子离子对撞机（EIC/EicC）的科学探索奠定了坚实基础。
作者：叶早晨 | 通讯员：史瑞佳
论文链接：
[1] Phys. Rev. Lett. 135, 112301 (2025) （获选编辑推荐）
https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=75de239a615dd80a59b4489f5c0ac32a
[2] Phys. Rev. Lett. 131, 262301 (2023)
https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=1e4e9b61dd34a6c289f5753e207fe2ad