6月11日，一个由阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室科学家组成的研究团队，利用阿贡国家实验室领导计算设施(ALCF)的北极星超级计算机，以前所未有的细节揭示了π介子的内部结构，并生成了该粒子的高分辨率三维图像。研究成果已发表于《高能物理杂志》。
图示为夸克(绿色球体)在质子内部的横向运动，质子的自旋方向与其运动方向(黄色大箭头)一致。(图片由Valerie Lentz/布鲁克海文国家实验室提供。)
π介子是与强核力密切相关的亚原子粒子，负责在自然界最小尺度上束缚物质，传递着将质子和中子束缚在一起的强力。长期以来，科学家对π介子内部夸克分布的了解主要依赖大规模模拟，因为可用的实验结果很少。
该团队结合先进理论框架，在北极星超级计算机上模拟了强相互作用力的物理过程，捕捉了四维时空的数百个快照，以数百万个网格点构成的晶格形式呈现夸克在π介子内部沿运动方向和垂直方向的运动与关联方式。模拟结果揭示了π介子的夸克广义部分子分布(GPD)，并生成了详细三维图像。
阿贡国家实验室物理学家、该项目首席研究员赵勇表示，研究结果表明，随着π介子方向上的动量增加，其横向尺寸减小，这一规律与质子相同，且在适中的平行动量值下，π介子的有效尺寸小于质子。由于目前尚无对π介子GPD的实验测量，该团队的理论结果为美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施和布鲁克海文未来电子-离子对撞机的即将开展的实验提供了指导。
赵勇称，下一步将利用ALCF的Aurora超级计算机绘制质子的三维图像。该研究得到了美国能源部创新和新颖计算对理论和实验的影响(INCITE)计划的支持。
