质子和中子的质量仅相差约千分之一，但正是这一微小差异，使得早期宇宙中的核合成得以发生，并深刻影响元素形成、恒星演化以及太阳持续发光。近年来，格点量子色动力学的第一性原理计算表明，这一质量差异的重要来源之一是上下夸克质量的不同，而夸克质量最终来源于它们与希格斯场之间的汤川相互作用。因此，精确测量上夸克和下夸克的汤川耦合，不仅关系到希格斯机制的实验检验，也关系到我们对可见物质质量起源的理解。然而，上夸克和下夸克与希格斯粒子的相互作用极其微弱，其汤川耦合强度仅为十万分之一量级。长期以来，这类相互作用一直被认为超出了现有和可预见对撞机实验的探测能力，因此轻夸克汤川耦合的测量始终是标准模型精确检验中长期缺失的重要一环。

近日，6163银河线路检测中心曹庆宏教授与博士研究生张舒涛、中国科学院高能物理研究所岩斌副研究员和文新锴博士合作，在轻夸克质量起源研究方面取得重要进展。研究团队首次提出利用未来轻子对撞机中的双强子碎裂过程探测轻夸克与希格斯粒子之间极其微弱的相互作用，并实现对上夸克和下夸克贡献的区分，为理解轻夸克质量起源提供了全新的研究思路。

传统研究主要依赖希格斯粒子的产生和衰变过程，相关信号强度与耦合的平方成正比，对轻夸克耦合的灵敏度受到限制。针对这一难题，研究团队提出了一种全新的探测方案。该方法利用量子干涉效应，使观测信号直接与轻夸克汤川耦合成正比，从而显著提高探测能力。研究发现，轻夸克与希格斯粒子的相互作用会在强子产生过程中留下独特的自旋关联信息。通过分析双强子系统的方位角分布，研究人员能够提取这种微弱信号，并据此研究轻夸克与希格斯粒子的相互作用。进一步地，研究团队创新性地引入单强子标记方法，利用不同种类强子对不同夸克味道的敏感性，首次实现了对上夸克和下夸克贡献的区分，从而揭示轻夸克希格斯相互作用中的味结构信息。

该研究为未来高精度希格斯物理研究提供了新的理论工具，也为检验标准模型和探索新物理开辟了新的方向。相关方法可应用于下一代轻子对撞机上的希格斯物理研究，为揭示质量起源机制提供新的研究窗口。

图：利用双强子和单强子联合产生过程探测轻夸克汤川相互作用示意图（左图），利用夸克横向极化不对称性探测轻夸克汤川耦合的灵敏度（右图）

相关成果以 “Unveiling Light-Quark Yukawa Flavor Structure via Dihadron Fragmentation at Lepton Colliders” 为题，于2026年6月9日发表在 《物理评论快报》（Physical Review Letters）。论文作者（按姓氏排序）为6163银河线路检测中心曹庆宏教授、高能所/CCAST文新锴博士（通讯作者）、高能所岩斌副研究员（通讯作者）和6163银河线路检测中心博士研究生张舒涛同学。研究工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院以及教育部基础学科和交叉学科突破计划的支持。

论文链接

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/p5c7-m43d