近日，中国科学技术大学团队在部分子碎裂函数和QCD因子化定理的研究方面取得了重要进展。研究成果“Measurements of normalized differential cross sections of inclusive production in e+e- annihilation at energy from 2.0000 to 3.6710 GeV”于7月9日在线发表于《物理评论快报》Phys. Rev. Lett. 133, 021901 (2024)。此项工作是由近代物理研究所赵宇翔研究员团队、华南师范大学邢宏喜研究员团队、中国科学技术大学物理学院鄢文标教授和周小蓉特任教授团队和郑州大学物理学院（微电子学院）张亚腾副研究员团队合作完成（单位按英文字母排序）。
标准模型的量子色动力学（QCD）是描述部分子（夸克和胶子）间强相互作用的理论，它的最大挑战来自于低能区的非微扰性质。由于色禁闭效应，实验上没有观测到自由的部分子，只探测到色中性的强子。理论方面，从高能部分子到色中性强子的转变由碎裂函数描述。碎裂函数是普适的非微扰量，是在QCD因子化理论框架下的物理量，其研究是理解强子产生机制的重要手段。目前碎裂函数是基于QCD的理论计算拟合实验数据得到，需要理论和实验密切合作。正负电子对撞中单举强子的产生被认为是研究碎裂函数最干净的物理过程。目前，在质心能量低于10 GeV的区域，能用于碎裂函数研究的高精度正负电子对撞实验数据极为有限，系统性地实验测量显得尤为重要。该研究团队在2023年已发表单举产生的微分截面测量，详情请见Phys. Rev. Lett.130, 231901（2023）。
在本项工作中，利用北京谱仪BESIII能量扫描数据，团队首次在低能区精确测量了中性eta介子单举产生微分截面(如图1所示)，发现测量结果与现有理论计算（依赖高能区实验数据抽取的碎裂函数）相差甚远，挑战了2-4GeV能区领头扭度QCD因子化定理的有效性。研究团队将理论计算精度从次领头阶扩展到次次领头阶，并考虑高扭度效应后，能够同时解释高能区与低能区实验数据，为QCD因子化定理的检验提供了重要的实验和理论参考。
该成果是BESIII实验合作组与华南师范大学邢宏喜研究员团队深度合作完成的实验研究论文。实验部分由中国科学技术大学祖健硕士、王维平博士后、郑州大学张亚腾副研究员以及近代物理所赵宇翔研究员基于BESIII实验合作完成。理论计算由华南师范大学邢宏喜研究员指导博士生李萌阳完成。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和中国博士后科学基金会、广东省基础与应用基础研究重大项目等支持。
论文链接 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021901
