从某种程度上说，粒子物理学的研究就好比是在剥洋葱，将其外层一层层的剥离，直到我们能够研究构成它的最小粒子。令人惊喜的是，这些微小的粒子为物理学家研究广漠宇宙的深层秘密提供了新视角。一个原子包含了质子、中子和电子云。无论是洋葱或是其它物质都是由原子组成的，在每个原子的中心是由核子——质子和中子——构成的原子核。
当我们对质子进行“解剖”的时候，就会发现它的内部非常复杂，它包含了三个夸克：一个负电荷的“下”夸克和两个正电荷的“上”夸克。质子和中子的内部都是由上夸克和下夸克组成的。但是，三个夸克的图景仍然太过简单了。伴随着它们的是一群混乱的瞬时粒子。有许多短暂存在的海夸克，会不停的出现以及湮灭。此外，还有将质子“粘合”在一起的无质量的胶子。胶子是强核力的信使，使夸克相互吸引。
事实上，质子和中子的内部要复杂的多。除了三个价夸克，内部还有许多夸克-反夸克对不断地产生以及湮灭。黄色代表着胶子，正是它们通过强核力将夸克束缚住。夸克还有一个性质跟强核力有关，被称作“色荷”——图中显示为红、绿和蓝色。这种混乱的局面使质子的许多性质难以理解，尤其是质子的自旋之谜。自旋是所有基本粒子所具有的内禀角动量。对基本粒子的自旋的了解有助于科学家理解它们的物理和化学过程。
任何材料的基本性质都由自旋所掌控的，因此，材料在不同温度下的行为、它的导电性以及其它性质都跟粒子的自旋有关。质子的自旋为1/2，起初，物理学家认为它的自旋主要来自夸克的贡献。夸克的自旋为1/2，因此只要质子内的其中两个夸克的自旋方向相反，那么它们就会相互抵消产生共1/2的自旋。但到了1987年，欧洲μ子实验组进行的一系列高能物理实验引发了所谓的“质子自旋危机”。
由CERN、DESY和SLAC所进行的实验给出了令人意外的结果：夸克对质子的自旋贡献仅为30%！当然，从刚才质子内部复杂的图景中，我们应该就可以判断事情绝不简单，质子内部的胶子和海夸克等其它效应对质子的自旋应该都有所贡献。过去，物理学家一直认为质子的自旋主要是由三个价夸克贡献。但其实，胶子和短暂存在的海夸克通过它们的自旋和运动也有贡献。
几十年来，物理学家一直探索着质子的自旋之谜，让我们逐渐接近最终的答案。这有赖于量子色动力学（QCD）——一个描述夸克胶子之间强相互作用的理论——的不断发展，特别是物理学家为发展出一个被称为格点量子色动力学（Lattice QCD）的技巧，使我们能够更好的预测其它来源对自旋的具体贡献。同时，超级计算机在过去的指数式发展，也使计算如此复杂的数学成为了可能。
在这个问题困扰了物理学家30年后的今天，科学家使用了CSCS的超级计算机Piz Daint第一次对胶子、价夸克和海夸克对质子的自旋的贡献做出定量计算，为物理学家最终解决长久以来的困惑带来了新的希望。该结果发表于10月6日的《物理评论快报》。价夸克、海夸克和胶子对质子自旋的各自贡献。研究人员先是通过了解夸克的物理质量来准确计算它们的自旋。
这是一项很复杂的工作，因为单个夸克和胶子被强核力束缚在一起，无法被独立分离出来。因此研究人员根据π介子的质量，对上夸克和下夸克的质量进行调整，从而解决了这一难题。
不止如此，他们还需克服许多难点，其中包括减少计算海夸克和胶子对总自旋贡献时的统计误差，如何将从模拟中得到的无量纲值转换为可被实验测量的物理值，以及计算上百万个描述夸克如何在时空中两点运动的“传播子”等等，而这每一步的完成都离不开Piz Daint超级计算机的强大计算能力。此次的计算，朝最终破解质子自旋之谜迈出了至关重要的一步。