莫斯科物理技术学院研究人员与杜布纳联合核研究所团队合作，对在建NICA对撞机中质子—质子碰撞产生J/ψ介子的过程完成理论计算，并给出了面向未来实验的详细预测。相关成果已发表在《物理评论C》。
JINR / NICA新闻图片
J/ψ介子由一个粲夸克和一个反粲夸克组成，质量约为3.1吉电子伏特，是研究强相互作用和质子内部胶子结构的重要探针。在质子—质子碰撞中，J/ψ的产生通常与胶子融合形成粲夸克—反粲夸克对有关，因此其产生率和动量分布可用于约束质子内部胶子的分布特征。
NICA对撞机位于杜布纳联合核研究所，设计用于研究中等能区核物质性质，其质子—质子束流质心系能量范围约为4至27吉电子伏特。该能区介于早期固定靶实验和大型强子对撞机高能实验之间，对揭示质子三维结构、尤其是胶子的横向运动具有特殊价值。NICA的SPD探测器还将用于极化束实验，以研究胶子对质子自旋的贡献。
此次计算采用横向动量依赖分布(TMD)理论框架。与传统只描述胶子纵向动量份额的分布函数不同，TMD分布还包含胶子的横向动量信息，有助于建立更完整的质子三维图像。研究团队利用PEGASUS事件生成器，对两组现代TMD胶子密度数据进行了比较，计算覆盖9、18和27吉电子伏特三个能点。
结果显示，在NICA能区，J/ψ产生过程中色八重态机制占主导地位，色单态机制的贡献在所考察能量范围内均不超过几个百分点。这一特征与大型强子对撞机高能区明显不同，在后者中，两类机制的贡献通常更为接近。
研究还表明，通过改变重整化标度估计的理论不确定性在整个能区内保持相对稳定，说明预测具有较好的可靠性。总包含截面随能量升高呈幂律增长，符合胶子光度增强的一般规律;而在9吉电子伏特附近出现的轻微偏离，则可能与阈值效应有关。研究人员认为，这一低能区域或将成为区分不同理论模型的关键窗口，未来SPD实验数据有望为质子胶子结构研究提供重要约束。
