近日，中科院近代化學研究所等單位科研人員參與RHIC-STAR國際合作實驗研究，首次觀測到重離子碰撞實驗中超核的集體運動。 這一成果為致密核物質環境中超核-核子相互作用的研究開辟了新方向，相關成果發表在5月24日的 ( )雜志上。
超子是包含奇夸克 (s) 的重子研究實驗室天體物理的意義，而核子（質子和中子的總稱）僅包含上夸克 (u) 和下夸克 (d)。 超子和核子可以產生俘獲態，稱為“超核”。 該理論預測超子存在于中子星內部，中子星是宇宙中致密的天體。 但超子的出現會軟化核物質的狀態多項式，給大質量中子星的理論建立帶來挑戰，被稱為中子星研究中的“超子之謎”。
實驗檢測致密核介質中超子-核子相互作用的硬度是破解“超子之謎”的關鍵一步，對于理解強相互作用理論——量子色動力學也具有重要意義。 利用超核集體運動的實驗數據，可以提取致密核介質中的超子-核子相互作用，有可能解開“超子之謎”。
高能重離子碰撞是在實驗室中形成和研究致密核物質特性的奇異工具。 重離子在碰撞過程中，由于致密核物質內部的浮力梯度，粒子會形成集體運動（集體流），如直線流、橢圓流等。在實驗中，科學家們已經觀察到集體流介子、重子和輕核。 由于實驗形成的超核極為罕見，以往對超核內集體流測量的研究仍是空白。
根據英國布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機（RHIC）裝置上STAR實驗的3GeV金-金碰撞數據，研究人員重建了約8400個超氚（由一個Λ超子、一個質子和一個中子）和大約 5200 個超氫 4（由一個 Λ 超子、一個質子和兩個中子組成）。 這是迄今為止實驗觀測到的最大的超氚和超氫4統計數據樣本。
研究團隊首次通過實驗觀察到這種具有明顯直流的超核。 同時，他們還提取了中心速度區超核和輕核直接流動的斜率。 經過對比發現，輕核和超核的直流斜率具有相似的質量標度規律，這意味著重離子碰撞中超核和輕核的形成可以用“并集過程”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的方向研究實驗室天體物理的意義，對于構建核-核碰撞與決定致密星系內部結構的狀態多項式之間的聯系具有重要意義。
STAR是一個重要的RHIC國際實驗合作組，由來自14個國家71個單位的700多名研究人員組成。 該工作由近代化學研究所張亞鵬研究員團隊牽頭。 主要作者有近代化學研究所胡晨錄（博士研究生）、何雄紅副研究員、趙鳳儀助理研究員，以及東鑫博士、季博士和梁越航博士。
該工作得到中國科學院戰略性先導科技計劃（B類）、中國科學技術大學“西部之光”人才計劃、國家自然科學基金青年基金的支持中國科學基金.
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圖 1：中子星是致密的天體，由大質量恒星在其生命結束時坍縮形成。 高能重離子碰撞中超核的集體通量可用于提取核介質中的超子-核子相互作用并了解中子星的內部結構。 （圖片來源/現代化學研究所）
圖2：STAR實驗3GeV金-金碰撞中心快區直流斜率（橫軸）與粒子質量（縱軸）相關圖。 實心方框是最新觀測到的超核/超子，輕核（p、d、t、3He、4He）用實心圓表示。 淺紅色的短虛線分別是擬合超核和輕核的直流斜率和質量依賴性的結果。 傳輸模型結合過程可以定性地描述實驗結果。 （來源/）
（核相結構實驗室供稿）