美国布鲁克海文国家实验室和阿贡国家实验室的研究团队，开发出一套全新的理论框架，成功解决了夸克在质子内部运动的难题。 很多人以为质子是静止的粒子集合，其实不是。质子内部有两个上夸克、一个下夸克，还有无数胶子和海夸克。这些粒子在强相互作用力的约束下，一直在做动态运动。但夸克具体的运动轨迹，尤其是垂直于质子前进方向的横向运动，长期以来都很难精确计算。 新理论的关键，在于对晶格量子色动力学的创新应用。 这种方法会在超级计算机的四维时空晶格上，模拟粒子之间的相互作用。 它突破了传统计算在低横向动量区域的精度限制，能精准追踪夸克的三维运动轨迹。而且它的计算结果，和现有的粒子碰撞实验数据高度吻合，这也验证了理论的可靠性。 这个进展，对解开“质子自旋危机”特别关键。早在1987年，欧洲μ介子合作机构做实验时就首次发现，夸克自旋对质子整体自旋的贡献，远低于之前的预期，甚至有段时间测得的结果接近零。 这和最初的理论假设完全不符，后来被称为“质子自旋危机”。 之后的研究慢慢发现，夸克自旋的贡献大概占质子总自旋的25%，胶子自旋的贡献差不多是它的一半。 剩下的部分，研究人员推测来自夸克和胶子的轨道角动量。而新理论能清晰分析夸克轨道角动量的作用，为补全自旋来源的“拼图”提供了关键工具。 这个突破还为即将启用的电子离子对撞机打下了理论基础。这种设备可以通过自旋极化质子和高能电子的碰撞，直接测量夸克和胶子的三维运动。新理论给出的预测，能指导实验设计和数据解读。 从更长远来看，它还为研究强相互作用力提供了新方法。强相互作用力是自然界四种基本力里最难理解的一种。揭开它的奥秘，不仅能完善量子色动力学理论，还可能帮人类弄明白从夸克到原子核的物质构成规律，推动基础物理学进一步发展。
