核物理学家长期以来一直在努力揭示质子如何自旋。现在，一种将实验数据与最先进的计算相结合的新方法揭示了将质子结合在一起的胶水对自旋贡献的更详细图像。这也为对质子的三维结构进行成像铺平了道路。

这项工作由美国能源部托马斯杰斐逊国家加速器设施理论与计算物理中心(理论中心)的博士后研究员 Joseph Karpie 领导。

他说，这个几十年之久的谜团始于 1987 年对质子自旋源的测量。物理学家最初认为质子的构成要素——夸克，是质子自旋的主要来源。但他们发现并非如此。事实证明，质子的夸克仅提供了质子总测量自旋的约 30%。其余来自另外两个来源，到目前为止，这两个来源已被证明更难测量。

一种是神秘而强大的强力。强力是宇宙中的四种基本力之一。强力将夸克“粘合”在一起，形成其他亚原子粒子，如质子或中子。强力的表现形式称为胶子，胶子被认为对质子的自旋有贡献。最后一点自旋被认为来自质子的夸克和胶子的运动。

他说：“这篇论文在某种程度上将理论中心的两个团队聚集在一起，他们一直致力于理解同一物理问题，即质子内部的胶子如何影响质子的旋转速度。”

他说这项研究的灵感来自于对胶子自旋的初步实验测量得出的一个令人费解的结果。这些测量是在相对论重离子对撞机上进行的，这是美国能源部科学办公室位于纽约布鲁克海文国家实验室的用户设施。数据最初似乎表明胶子可能对质子的自旋有所贡献。它们显示出了积极的结果。

但随着数据分析的不断改进，进一步的可能性出现了。