付属のフィールド。 画像出典：ブルックヘブン国立研究所。
自分の体を構成する粒子をどんどん小さく分割していくと、途中のどの段階でも、少なくとも質量という点では、全体は部分の総和に等しいことがわかるでしょう。 あなたの体を骨、脂肪、臓器に分解すると、人間一人分になります。 さらにそれを細胞に分解しても、その細胞はあなたと同じ質量になる。 細胞は細胞小器官に、細胞小器官は個々の分子に、分子は原子に、原子は陽子、中性子、電子に分解することができる。 そのレベルでは、ほんのわずかですが、顕著な違いがあります。個々の陽子、中性子、電子は、核の結合エネルギーのおかげで、人間からちょうど1％程度ずれています。
それを構成する個々の陽子や中性子よりも約0.8％低くなっているのです。 画像提供：http://slideplayer.com/slide/6002405/のDelia Walsh氏。
6個の陽子と6個の中性子からなる炭素原子は、それを構成する個々の構成粒子よりも約0.8％軽くなっています。 炭素が形成される方法は、水素がヘリウムに、そしてヘリウムが炭素に核融合することです。放出されるエネルギーは、ほとんどの種類の星の通常期および赤色巨星期の動力源であり、アインシュタインの E = mc2 により、「失われた質量」はそのエネルギーの出所となるものです。 結合している複数のものを引き離すのが難しいのは、結合したときにエネルギーを放出したからであり、再び解放するためにはエネルギーを投入しなければならないのです。
ですから、陽子を構成する粒子（その中心である3種類のクォーク）を見てみると、それらの質量の合計が、陽子全体の質量のわずか0.2％しかないのは、とても不可解な事実です。
（右上のグラフはMeV）。 2つのアップクォークと1つのダウンクォークからなる陽子の質量は、〜938MeV/c^2である。 Image credit: Wikimedia Commons user MissMJ, PBS NOVA, Fermilab, Office of Science, United States Department of Energy, Particle Data Group, under a c.c.a.-3.0 unported license.
クォークが陽子に結合する方法は、私たちが知っている他のすべての力や相互作用とは根本的に異なっています。 重力、電気力、磁気力のように物体が近づくと力が強くなるのではなく、クォークが任意に近づくと引力はゼロになる。 3283>
この強い核力の特性は漸近的自由度と呼ばれ、この力を媒介する粒子はグルーオンと呼ばれます。
（バネのような）グルーオンでつながった陽子の構造は、さらに（海の）クォークとグルーオンが陽子の内部に存在し、より複雑な構造になっています。 画像提供：ドイツ電子シンクロトロン（DES）、HERAおよびZEUS共同研究体。
強い核力の働きにより、これらのグルーオンが実際にどの時点に位置しているかは大きな不確定性があります。 現在、私たちは陽子内部の平均的なグルーオン密度の確かなモデルを持っていますが、もし私たちがグルーオンが実際にどこに位置しやすいかを知りたいのであれば、より多くの実験データと、データを比較するためのよりよいモデルが必要です。 理論家のBjörn SchenkeとHeikki Mäntysaariによる最近の進歩は、そのような必要なモデルを提供することができるかもしれません。 Mäntysaariが詳述するように：
陽子内部の平均グルーオン密度がどれほど大きいかは非常に正確に知られています。 しかし、陽子内部のどこにグルーオンがあるのかは正確にはわかっていません。 私たちは、グルーオンが3つのクォークの周りに位置するようにモデル化しました。 3283>
グルオン、およびクォークのスピンを示す。 画像出典：ブルックヘブン国立研究所。
陽子、陽子と重イオン、あるいは重イオン同士といった2つの粒子を衝突させるとき、単純に陽子-陽子の衝突としてモデル化することはできません。 その代わり、クォーク-クォーク衝突、クォーク-グルーオン衝突、あるいはグルーオン-グルーオン衝突の3種類の衝突の分布が見られます。 陽子という構造体そのものではなく、これらの素粒子の中の構成要素が実際に衝突するのです。 低エネルギーでは、衝突するのはほとんどクォークですが、ブルックヘブンのRHIC（相対論的重イオン衝突型加速器）やCERNのLHCが到達する高エネルギーでは、グルーオン-グルーオン相互作用が非常に高い確率で起こり、陽子内のグルーオンの位置そのものを明らかにする可能性があるのです」。 Mäntysaariは次のように続けます：
このプロセスは、陽子がいつも同じように見える場合には全く起こりません。 海」のクォークやグルーオンがどのように分布しているかを含む陽子の
は、実験の改良と新しい理論の開発が並行して行われたことにより実現されたのです。 画像出典：ブルックヘブン国立研究所
この新しい理論モデルと改良を続けるLHCデータの組み合わせにより、科学者は陽子、中性子、原子核の内部基本構造を一般に理解できるようになり、したがって、宇宙で知られている物体の質量がどこから来るのかを理解することができるようになるのです。 しかし、この種の研究にとって最大の恩恵は、世界中の多くの共同研究者が提案している電子-イオン衝突型加速器（EIC）の開発でしょう。 陽子とイオンを衝突させるRHICやLHCとは異なり、EICでは、実験結果を混乱させるような電子内部の制御不能な運動がないため、より制御しやすいのです。 ブルックヘブンの相対論的重イオン衝突型加速器（RHIC）に電子リング（赤）を追加すると、eRHICが誕生する。 画像出典：ブルックヘブン国立研究所-CAD eRHICグループ。
陽子や原子核の集まりの内部構造を研究したい場合、深い非弾性散乱が唯一の方法である。 衝突型加速器が1世紀も前にその旅を始め、現在では最初の頃よりおよそ1万倍も大きなエネルギーを達成していることを考えると、物質がどのようにしてその質量を得ているのかを正確に探り、理解することがついに我々の手の届くところに来たのかもしれません。 原子核の中にあるクォーク・グルーオン・プラズマとそれに伴う揺らぎが、ついにその秘密を明かしてくれるかもしれないのです。 そのとき、物理学の長年の謎の1つである、既知の物質の質量がどこから来るのか（ヒッグスが発見された後もまだ謎である）、ついに人類に降伏するかもしれません。