質子自旋之謎（proton spin puzzle）

質子的自旋是二分之一，這是一個基本且測得很準的事實。簡單夸克模型給出的顯而易見的解釋是：質子的三個夸克各帶二分之一自旋，它們的自旋相加，給出質子的自旋。多年來，這看起來簡單得不可能出錯。後來實驗仔細考察自旋究竟從何而來，這個簡單答案就崩塌了。

1980 年代末，把極化粒子打在極化質子上的散射實驗發現：三個夸克的自旋只占質子總自旋的約四分之一到三分之一——遠不是全部。其餘的必須另有來源。這一缺口就是質子自旋之謎（有時稱為自旋危機）。如今人們明白，缺失的自旋是由膠子（它們自身帶有自旋）以及質子內部翻捲的夸克和膠子的軌道運動共同分擔的，就像行星既公轉也自轉。

這個謎之所以重要，是因為它顯示出質子離「三個夸克的簡單口袋」有多遠。把每一項貢獻——夸克自旋、膠子自旋、軌道運動——都確定下來，是一項艱難的實驗與理論工作，至今仍在進行，並且是一台未來機器——電子-離子對撞機——的主要科學目標之一。徹底理解質子的自旋，實際上就是理解強交互作用如何用躁動不安、彼此作用的部件拼出一個粒子。