日前，中科院近代物理研究所等機(jī)構(gòu)的科研人員參與RHIC-STAR國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)研究，首次在重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到超核的集體運(yùn)動(dòng)。該成果為研究致密核物質(zhì)環(huán)境中的超核-核子相互作用開啟了一個(gè)新的方向，相關(guān)成果于5月24日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）雜志上。  

　　 超子是包含有奇異夸克（s）的重子，核子（質(zhì)子和中子的統(tǒng)稱）中只包含有上夸克（u）和下夸克（d）。超子和核子可以形成束縛態(tài)，人們稱之為“超核”。理論預(yù)言宇宙中的致密天體——中子星的內(nèi)部存在超子。然而，超子的出現(xiàn)將軟化核物質(zhì)狀態(tài)方程，這給理論上構(gòu)建大質(zhì)量的中子星帶來了挑戰(zhàn)，被稱為中子星研究中的 “超子謎題”。  

　　實(shí)驗(yàn)上測(cè)量致密核介質(zhì)中的超子-核子相互作用強(qiáng)度，是解決“超子謎題”的關(guān)鍵步驟，同時(shí)對(duì)于理解強(qiáng)相互作用的理論——量子色動(dòng)力學(xué)具有重要意義。超核集體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)可用于提取致密核介質(zhì)中的超子-核子相互作用，有可能解決“超子謎題”。  

　　高能重離子碰撞是在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生和研究致密核物質(zhì)性質(zhì)的獨(dú)特工具。重離子碰撞過程中，粒子由于致密核物質(zhì)內(nèi)部壓強(qiáng)梯度會(huì)產(chǎn)生集體運(yùn)動(dòng)（集體流），如直接流、橢圓流等。在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們已經(jīng)觀測(cè)到介子、重子、輕核的集體流。由于實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生的超核非常稀有，此前超核集體流測(cè)量研究尚屬空白。  

　　研究人員基于美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC）裝置上的STAR實(shí)驗(yàn)3GeV金-金碰撞數(shù)據(jù)，重建得到約8400個(gè)超氚（由一個(gè)Λ超子、一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子構(gòu)成）和約5200個(gè)超氫-4（由一個(gè)Λ超子、一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成）。這是目前實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到的最大統(tǒng)計(jì)量的超氚和超氫4數(shù)據(jù)樣本。  

　　研究團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到了這些超核具有顯著的直接流。同時(shí)，他們還提取了超核和輕核直接流在中心快度區(qū)域的斜率。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，輕核與超核的直接流斜率都存在一個(gè)相似的質(zhì)量標(biāo)度律，這意味著超核和輕核在重離子碰撞中的產(chǎn)生都可以用“并和過程”來解釋。  

　　這項(xiàng)工作為研究有限壓力下的超子-核子相互作用開辟了一個(gè)新方向，對(duì)于建立核核碰撞和決定致密星體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)方程之間的聯(lián)系具有重要意義。  

　　STAR是在RHIC上的重要國(guó)際實(shí)驗(yàn)合作組，由來自14個(gè)國(guó)家、71個(gè)單位的七百余名科研人員組成。該工作由近代物理所張亞鵬研究員團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)完成，主要作者有來自近代物理所的胡晨露（在讀博士）、何熊宏副研究員和趙鳳儀助理研究員，以及美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Dr. DONG Xin、Dr. JI Yuanjing和Dr. LEUNG Yue-Hang。  

　　該工作得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、中國(guó)科學(xué)院“西部之光”人才計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金等項(xiàng)目的支持。  

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.212301  

　　圖1：中子星是大質(zhì)量恒星生命盡頭塌縮形成的致密天體。高能重離子碰撞中的超核集體流可用于提取核介質(zhì)中的超子-核子相互作用和理解中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(圖源/近代物理所）  

　　圖2：STAR實(shí)驗(yàn)3GeV金-金碰撞中，中心快度區(qū)直接流斜率（縱軸）與粒子的質(zhì)量（橫軸）之間的關(guān)聯(lián)圖。實(shí)心方框是最新觀測(cè)到超核/超子的結(jié)果，輕核（p、d、t、3He、4He）則用實(shí)心圓圈表示。淺綠色短線和點(diǎn)劃線分別為擬合了超核和輕核直接流斜率與質(zhì)量依賴關(guān)系后的結(jié)果。輸運(yùn)模型結(jié)合并和過程，可以定性描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（圖源/Physical Review Letters）  

　　                                             (核物質(zhì)相結(jié)構(gòu)室 供稿）