大約十年前，中國科學技術大學黃光順教授開始在北京譜儀BESIII實驗中，組織量子色動力學(QCD)相關的精確測量與檢驗工作。由此組建的國際化研究團隊利用正負電子湮沒數據，測量了多種重子在類時區域的形狀因子，揭示了重子內部的電磁分布，并有助于理解重子內部的相互作用。近日，黃光順教授在《國家科學評論》(National Science Review, NSR)在線發表綜述，總結了這一系列成果。該工作得益于共同作者、意大利國家核物理研究所資深研究員Rinaldo Baldini Ferroli博士的討論與建議。

重子是強子的一種，可以看作是由三個夸克在強相互作用下組成的束縛態。質子和中子就是最輕的重子，它們統稱核子，是宇宙中99%以上可見物質的組成成分，然而經過一百年的研究，它們的內部結構至今仍未被充分認識。如果核子中的一個或多個普通輕夸克被更重的夸克取代，所形成的重子就稱為超子，如下圖所示，自旋為1/2的SU(3)重子基態有八個成員，稱為八重態。對超子的研究能夠提供更多關于重子系統的信息。

SU(3)重子的夸克構成(上)及自旋為1/2的重子八重態(下)

項目開始時，黃光順教授與中國科學院高能物理所的胡海明研究員共同制定了在質心能量2.0至3.08 GeV能區的實驗計劃，并成功在22個能量點獲取了總積分亮度650 pb-1的正負電子對撞數據，為該能區世界上最大的數據樣本。這是北京譜儀三十多年歷史中第一個由大學主導的研究計劃。隨后，德國Helmholtz Institute Mainz (HIM)的Frank Maas教授、瑞典Uppsala大學的Tord Johansson教授率各自小組加入了研究工作。

多年來，該國際團隊測量了多種重子的形狀因子，并由此探索了重子結構：

科大組的夏磊博士、周小蓉博士及HIM組的王雅迪博士、Christoph Rosner博士合作完成了質子形狀因子測量，得到了類時空間最精確的結果，解決了長期以來BaBar實驗與PS170實驗不一致的問題，并首次給出了質子的磁形狀因子。此外，HIM組的Alaa Dbeyssi博士和林德旭博士利用更高能量獲取的數據借助初態輻射方法獨立測量了質子形狀因子。

科大組的周小蓉博士、HIM的Paul Larin博士及華南師范大學的胡繼峰博士合作完成了中子形狀因子研究工作，大大提高了測量精度，解決了之前FENICE實驗結果與理論預言沖突的困擾。研究發現，中子與質子的有效形狀因子均存在有趣的振蕩現象，并且二者之間明顯存在相位差。

科大組的周小蓉博士和嚴亮博士測量了最輕的超子L的形狀因子，發現近閾產生截面有異常增強效應，引發了理論上的廣泛討論。Uppsala組的Karin Schonning博士和李翠博士還測量了超子L的電形狀因子與磁形狀因子之間的相位差，首次實現了形狀因子的完全測量，是超子研究中具有里程碑意義的工作。

自旋為1/2的SU(3)重子八重態中的其他成員中，同位旋三重態奇異重子S-、S0、S+由科大組的周小蓉博士和Muzaffar Irshad博士完成測量，同位旋二重態雙奇異重子X-、X0由蘭州大學的王雄飛教授及其學生溫梁臻與科大組的博士生齊航共同完成。

科大組的王維平博士、周小蓉博士和高能所的宋維民博士首次測量了最輕的粲重子Lc的形狀因子，并觀測到近閾截面增強效應，基本排除了Belle實驗看到的疑似共振態。

下圖總結了國際上各研究組測量的多種重子對的產生截面譜形，其中的主要結果是由黃光順教授領導的團隊完成的。這些譜形大體上有一個共同特征，即：截面在產生閾從零到非零跳變，接著在較寬的范圍為平臺區，并最終隨能量升高而下降。這些研究結果為理解重子內部結構及相互作用提供了新的實驗數據。

重子-反重子對的產生截面隨重子出射速度(質心能量)的變化關系

該研究受到國家自然科學基金重點項目、國家973計劃項目、國家重點研發項目資助。目前研究成果已發表論文近20篇，其中包括Nature Physics 1篇、Phys.Rev.Lett. 3篇。