澎湃新聞?dòng)浾?王蕙蓉

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高能核物理團(tuán)隊(duì)在超核研究中取得重要進(jìn)展。

超氚核與超氫-4核的結(jié)構(gòu)組成示意圖，圖片來(lái)自中科大

前述中科大團(tuán)隊(duì)與美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等合作，在RHIC-STAR質(zhì)心能量3GeV（GeV為十億電子伏特）和7.2GeV的重離子打靶實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)了超氚核(H3L)與超氫-4核(H4L)壽命目前最精確的測(cè)量，并首次測(cè)量了3GeV能量下這兩種超核的產(chǎn)額。相關(guān)成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)。

圖片來(lái)自《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)

據(jù)悉，RHIC-STAR是基于美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)上STAR實(shí)驗(yàn)的大型國(guó)際合作組，目前由來(lái)自14個(gè)國(guó)家70個(gè)單位的753位科研人員組成。

組成原子核的基本單元為核子，即中子和質(zhì)子。然而科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一些原子核內(nèi)部還有超子。超子不同于普通核子，是含有奇異數(shù)的重子。在現(xiàn)代粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型理論中，重子是指由三個(gè)夸克（或者三個(gè)反夸克組成反重子）組成的復(fù)合粒子。

超子與核子形成的束縛態(tài)即超核。核子與超子之間如何通過(guò)相互作用形成束縛態(tài)，一直是核物理領(lǐng)域的前沿基本問(wèn)題。在天文學(xué)方面，中子星致密核心內(nèi)部是否也存在超子，以及在極端致密的環(huán)境中，超子與核子相互作用、與中子星狀態(tài)方程之間的聯(lián)系，都是核物理與天體物理交叉領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

超核被視作一個(gè)研究超子-核子相互作用的天然“實(shí)驗(yàn)室”，是前述領(lǐng)域研究的主要對(duì)象。理論上認(rèn)為超子與核子組成的超核是弱束縛系統(tǒng)，輕超核的壽命應(yīng)接近自由Lambda（其符號(hào)為Λ）重子的壽命。

相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)上的STAR實(shí)驗(yàn)，在低能區(qū)產(chǎn)生的核物質(zhì)系統(tǒng)有較高的重子密度，有利于產(chǎn)生超核。STAR實(shí)驗(yàn)在質(zhì)心能量3GeV和7.2GeV下進(jìn)行了超核壽命的測(cè)量，得到了目前最為精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)比自由Lambda重子的壽命小約20%，這對(duì)進(jìn)一步理解超核相互作用提供了精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

超氚核與超氫-4核的壽命測(cè)量結(jié)果，圖片來(lái)自中科大

同時(shí)STAR還首次測(cè)量了3GeV下超核的產(chǎn)額，發(fā)現(xiàn)顯著高于高能區(qū)（2.76TeV，TeV即10的12次方電子伏特）測(cè)量的結(jié)果，說(shuō)明低能高重子密度區(qū)對(duì)研究奇異核更有優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與強(qiáng)子輸運(yùn)模型相符，對(duì)理解低能區(qū)超核產(chǎn)生機(jī)制提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。其中強(qiáng)子是指受到強(qiáng)相互作用影響的亞原子粒子，它包括重子和介子。

前述合作組論文主要作者包括中科大高能物理組教授張一飛與博士生李秀君，二人在實(shí)驗(yàn)和物理分析工作中做出了重要貢獻(xiàn)。前述研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部等單位的經(jīng)費(fèi)資助。

責(zé)任編輯：李躍群

校對(duì)：欒夢(mèng)