质子自旋之谜（proton spin puzzle）

质子的自旋是二分之一，这是一个基本且测得很准的事实。简单夸克模型给出的显而易见的解释是：质子的三个夸克各带二分之一自旋，它们的自旋相加，给出质子的自旋。多年来，这看起来简单得不可能出错。后来实验仔细考察自旋究竟从何而来，这个简单答案就崩塌了。

1980 年代末，把极化粒子打在极化质子上的散射实验发现：三个夸克的自旋只占质子总自旋的约四分之一到三分之一——远不是全部。其余的必须另有来源。这一缺口就是质子自旋之谜（有时称为自旋危机）。如今人们明白，缺失的自旋是由胶子（它们自身带有自旋）以及质子内部翻卷的夸克和胶子的轨道运动共同分担的，就像行星既公转也自转。

这个谜之所以重要，是因为它显示出质子离「三个夸克的简单口袋」有多远。把每一项贡献——夸克自旋、胶子自旋、轨道运动——都确定下来，是一项艰难的实验与理论工作，至今仍在进行，并且是一台未来机器——电子-离子对撞机——的主要科学目标之一。彻底理解质子的自旋，实际上就是理解强相互作用如何用躁动不安、彼此作用的部件拼出一个粒子。