日前，中科院近代物理研究所等機構(gòu)的科研人員參與RHIC-STAR國際合作實驗研究，首次在重離子碰撞實驗中觀測到超核的集體運動。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新的方向，相關(guān)成果于5月24日發(fā)表在《物理評論快報》（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”。  

　　實驗上測量致密核介質(zhì)中的超子-核子相互作用強度，是解決“超子謎題”的關(guān)鍵步驟，同時對于理解強相互作用的理論——量子色動力學(xué)具有重要意義。超核集體運動實驗測量數(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驗室產(chǎn)生和研究致密核物質(zhì)性質(zhì)的獨特工具。重離子碰撞過程中，粒子由于致密核物質(zhì)內(nèi)部壓強梯度會產(chǎn)生集體運動（集體流），如直接流、橢圓流等。在實驗中，科學(xué)家們已經(jīng)觀測到介子、重子、輕核的集體流。由于實驗上產(chǎn)生的超核非常稀有，此前超核集體流測量研究尚屬空白。  

　　研究人員基于美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機（RHIC）裝置上的STAR實驗3GeV金-金碰撞數(shù)據(jù)，重建得到約8400個超氚（由一個Λ超子、一個質(zhì)子和一個中子構(gòu)成）和約5200個超氫-4（由一個Λ超子、一個質(zhì)子和兩個中子構(gòu)成）。這是目前實驗上觀測到的最大統(tǒng)計量的超氚和超氫4數(shù)據(jù)樣本。  

　　研究團隊首次在實驗上觀測到了這些超核具有顯著的直接流。同時，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相似的質(zhì)量標度律，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。  

　　這項工作為研究有限壓力下的超子-核子相互作用開辟了一個新方向，對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上的重要國際實驗合作組，由來自14個國家、71個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隊主導(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，以及美國勞倫斯伯克利國家實驗室的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（B類）、中國科學(xué)院“西部之光”人才計劃、國家自然科學(xué)基金青年基金等項目的支持。  

　　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實驗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。實心方框是最新觀測到超核/超子的結(jié)果，輕核（p、d、t、3He、4He）則用實心圓圈表示。淺綠色短線和點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。輸運模型結(jié)合并和過程，可以定性描述實驗結(jié)果。（圖源/Physical Review Letters）  

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