質子作為原子核的基本組成部分，對于我們理解亞原子水平上的宇宙至關重要。質子由夸克組成，夸克之間由膠子介導的強相互作用力連接在一起。為了理解質子的內部動力學和結構，科學家們采用了各種理論和實驗技術。其中一種方法是格點量子色動力學（QCD），這是一種研究夸克和膠子在非微擾狀態下的性質和行為的強大工具。最近發表在《物理評論快報》上的一篇論文，通過格點QCD研究了質子的橫向力分布。

質子的結構和橫向力分布的需求

質子不是基本粒子，表現出復雜的內部結構。根據QCD，質子由三個價夸克（兩個上夸克和一個下夸克）以及動態的?？淇撕湍z子海組成，后者充當它們之間強力的載體。這些成分不斷相互作用，導致質子內部形成復雜而動態的結構。為了理解質子的結構，必須了解其成分的空間和動量分布，以及這些成分之間的力。

橫向力分布為了解強力在質子內部的空間分布提供了獨特的視角。它們告訴我們力是如何在質子的橫向平面內分布在夸克和膠子上的。橫向力分布是在廣義部分子分布 (GPDs) 的框架內定義的，后者取決于部分子動量和質子的動量轉移。特別是，GPDs的二階矩與橫向力分布有關。

橫向力分布提供了關于質子內部壓力和剪切力的寶貴信息。它們為理解質子內部強力的空間分布提供了一種工具，這可以為了解質子的穩定性和性質提供見解。此外，橫向力分布還可以提供關于質子的性質的信息，例如其質量和自旋。

格點QCD：一種非微擾方法

量子色動力學 (QCD) 是強力的理論，它描述了夸克和膠子之間的基本相互作用。然而，QCD的非微擾性質使得在低能狀態下研究其行為具有挑戰性，在低能狀態下，傳統的微擾理論不再適用。而這正是格點QCD作為一種強大工具發揮作用的地方。

格點QCD是一種通過將時空離散到離散格點上，從而以非微擾方式求解 QCD 的數值方法。這種方法基于QCD路徑積分形式，這使得我們能夠通過數值模擬來計算物理量。格點QCD為研究QCD的非微擾行為提供了一種第一性原理方法，從而可以計算強子譜、衰變常數和部分子分布等量。

格點QCD 徹底改變了強子物理學領域，使得對強力的非微擾方面的前所未有的洞察成為可能。它已成為研究質子結構（包括橫向力分布的計算）的必要工具。

格點QCD中的最新發現

在這一領域，一項重要的研究是由J.A. Crawford等人撰寫的題為《Transverse Force Distributions in the Proton from Lattice QCD》的論文。作者利用格點QCD計算確定了質子內部作用于夸克上的色荷-洛倫茲力的空間分布。研究重點是色荷-洛倫茲力，這種力由于夸克與膠子場的相互作用而產生。

研究人員的計算確定了一個自旋無關的束縛力以及自旋相關的力分布，這些局部力的量級約為3 GeV/fm。這種力的分布對于理解深度非彈性散射實驗中觀察到的Sivers不對稱性非常重要。Sivers不對稱性指的是核子的橫向自旋與散射夸克的橫向動量之間的關聯，提供了關于質子內部結構的寶貴信息。

意義和重要性

格點QCD計算的發現對我們理解質子結構具有深遠的意義。橫向力的空間分布為其他可觀測量提供了補充視角。這些分布對于建立質子內部動力學的全面圖景至關重要。

此外，橫向力的研究可以闡明在高能散射過程中單自旋不對稱性的起源。通過了解產生這些不對稱性的基本機制，科學家可以更深入地了解質子內夸克和膠子的行為，可能導致粒子物理學的新發現。