近日，核物理与核技术全国重点实验室叶早晨研究员课题组联合美国莱斯大学课题组，依托LHC-CMS国际合作实验，首次在相干高能光核相互作用中观测到矢量ϕ介子的产生过程。这一成果为揭示原子核深层结构、研究极致密条件下的强相互作用的基本性质，以及搜寻量子色动力学（QCD）预言的 “胶子饱和” 现象提供了关键实验依据。相关研究成果已于2025 年 12 月 22 日 发表在国际顶尖学术期刊《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 135, 262301 (2025)】。

在高能量条件下，或等价地在小动量分数 x 区域，原子核内部呈现为高度致密的胶子体系。胶子作为强相互作用的媒介，负责将核物质的基本组成单元——夸克——紧密束缚在一起，主导着强相互作用的基本性质。随着 x 的减小，胶子通过级联劈裂过程迅速增殖，其密度不断增长。然而，QCD预言，这种增长不可能无限持续：当胶子密度足够高时，非线性效应开始显现，胶子之间的复合与重组将抑制新的劈裂过程。当胶子的产生与复合达到动态平衡时，体系将进入一种全新的物理状态——“胶子饱和”态。研究这一极端状态对于揭示高密度条件下强相互作用的内在规律，以及理解宇宙早期物质演化过程具有重要意义。

在超周边重离子碰撞（UPC）中，两个原子核以大于其核半径两倍的距离擦肩而过，强子相互作用被有效抑制。近光速运动的重核会产生极强的电磁场，可视作准实光子束流。一个原子核发出的光子可通过胶子交换与另一原子核发生相干相互作用，耦合于整个原子核并产生矢量介子，同时保持原子核整体完好。这一相干光致产生过程对核尺度上的胶子平均分布高度敏感，是探测小 x 区域核内胶子结构的重要实验手段。ϕ介子在矢量介子家族中具有独特地位，其质量约为 1 GeV/c²，由一对奇异—反奇异夸克组成，能标和空间尺度介于较轻的 ρ 介子与较重的 J/ψ 介子之间。ρ 介子主要探测较大、非微扰的距离尺度，而 J/ψ 对应短距离区域，微扰 QCD 计算可靠。正是这种中间尺度特性，使相干 ϕ 介子光致产生成为研究 QCD 从微扰到非微扰机制过渡的关键桥梁，尤其适合探索极致密核环境中可能出现的胶子饱和效应。

通过分析 LHC 第三阶段（Run 3）铅—铅（PbPb）碰撞数据（核子–核子中心质心能量 5.36 TeV），研究团队首次清晰观测到重核上的相干 ϕ 介子光致产生。测得的产生截面相比将原子核视为自由核子简单叠加的基准理论预期表现出约五倍的显著抑制，表明在小动量分数（x ≈ 10⁻⁴）区域，核内胶子分布发生了强烈修正。值得注意的是，实验观测到的核抑制效应比当前考虑胶子饱和效应的最先进理论模型预测还要强约 2–3 倍，提示在极高胶子密度条件下，胶子的集体行为可能涉及新的物理机制。

该成果不仅拓展了实验上研究核内胶子结构及极高密度下胶子饱和现象的物理图景，也为未来在 LHC 以及即将建成的电子—离子对撞机（EIC/EicC）上开展相关精密测量提供了重要参考。

相关论文及链接: PRL135, 262301 (2025)；

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/2ssw-wwyy .