结果表明，随着动量增加，π介子实际上会变得更小。
美国科学家利用“北极星”超级计算机，生成了π介子最精细的三维（3D）图像。π介子是由夸克构成的最轻粒子。
这项研究以前所未有的细节揭示了π介子的内部结构，由美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（ANL）的研究团队完成。
π介子是亚原子粒子，在维系原子核方面起着重要作用。该项目首席研究员、阿贡国家实验室物理学家赵勇博士表示：“π介子传递着束缚核子（即构成原子质量的质子和中子）的强相互作用力。”
赵勇及其团队称，这些发现不仅揭示了夸克在粒子内部的排列方式，还为可见物质如何从基本粒子中形成提供了新线索。后者被认为是物理学中最大的谜团之一。
绘制π介子图像
π介子是最轻、最简单的亚原子粒子之一，受强相互作用力支配，这种力将质子和中子束缚在原子核内部，并占了可见宇宙质量的98%。
π介子由一个夸克和一个反夸克组成。然而，尽管它十分重要，由于实验数据有限，科学家一直难以探究其内部结构。为克服这一挑战，阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究人员转向大规模计算机模拟。
研究团队将先进的理论模型与“北极星”的计算能力相结合，据称以惊人的精细度重现了π介子的内部结构。
赵勇指出，审视π介子的多维结构能更深入地了解该粒子的基本性质。他说：“通过探测π介子的内部结构，我们可以更深刻地理解夸克和胶子是如何被束缚在一起，从而形成可见物质的。”
模拟生成的高分辨率3D图像显示了夸克在粒子内部的分布情况。理解这种结构，对于解释夸克和胶子如何结合形成构成宇宙的可见物质至关重要。
全新视角
在该项目中，团队利用格点量子色动力学模拟了四维（4D）时空的数百个快照。这是一项将粒子和场置于庞大计算网格上的技术。
赵勇在一份声明中说：“这项任务只有借助ALCF超级计算机这样的大规模并行计算能力才能完成。我们由此获得了运动π介子中夸克结构的高分辨率图像。”这些图像显示了携带π介子不同动量份额的夸克在粒子中的分布情况。
团队模拟了夸克沿π介子运动方向以及横向的运动。模拟依赖具有数百万个格点的网格。赵勇补充道：“模拟捕捉了我们4D时空的数百个快照，这些快照呈现在拥有数百万个格点的网格上。”
计算揭示了π介子的夸克广义部分子分布（GPD）。这是一个描述夸克如何在动量和空间中分布的数学框架。由此生成的分佈图提供了该粒子的详细三维图像。
据赵勇介绍，一项值得注意的发现是，π介子的横向尺寸会随其动量增加而减小。团队还发现，在中等动量值下，π介子看起来比质子更小。
赵勇总结道：“我们下一步将利用ALCF的‘极光’超级计算机绘制质子的三维图像。质子和中子一起构成了我们宇宙中所有可见物质的原子核。”
该研究已发表在《高能物理杂志》上。
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