近日，中科院近代化學(xué)研究所等單位科研人員參與RHIC-STAR國際合作實(shí)驗(yàn)研究，首次觀測到重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中超核的集體運(yùn)動。 這一成果為致密核物質(zhì)環(huán)境中超核-核子相互作用的研究開辟了新方向，相關(guān)成果發(fā)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(shí)驗(yàn)室天體物理的意義，而核子（質(zhì)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(chǎn)生俘獲態(tài)，稱為“超核”。 該理論預(yù)測超子存在于中子星內(nèi)部，中子星是宇宙中致密的天體。 但超子的出現(xiàn)會軟化核物質(zhì)的狀態(tài)多項(xiàng)式，給大質(zhì)量中子星的理論建立帶來挑戰(zhàn)，被稱為中子星研究中的“超子之謎”。
實(shí)驗(yàn)檢測致密核介質(zhì)中超子-核子相互作用的硬度是破解“超子之謎”的關(guān)鍵一步，對于理解強(qiáng)相互作用理論——量子色動力學(xué)也具有重要意義。 利用超核集體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以提取致密核介質(zhì)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(shí)驗(yàn)室中形成和研究致密核物質(zhì)特性的奇異工具。 重離子在碰撞過程中，由于致密核物質(zhì)內(nèi)部的浮力梯度，粒子會形成集體運(yùn)動（集體流），如直線流、橢圓流等。在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們已經(jīng)觀察到集體流介子、重子和輕核。 由于實(shí)驗(yàn)形成的超核極為罕見，以往對超核內(nèi)集體流測量的研究仍是空白。
根據(jù)英國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室相對論重離子對撞機(jī)（RHIC）裝置上STAR實(shí)驗(yàn)的3GeV金-金碰撞數(shù)據(jù)，研究人員重建了約8400個(gè)超氚（由一個(gè)Λ超子、一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子）和大約 5200 個(gè)超氫 4（由一個(gè) Λ 超子、一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成）。 這是迄今為止實(shí)驗(yàn)觀測到的最大的超氚和超氫4統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)樣本。
研究團(tuán)隊(duì)首次通過實(shí)驗(yàn)觀察到這種具有明顯直流的超核。 同時(shí)，他們還提取了中心速度區(qū)超核和輕核直接流動的斜率。 經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，輕核和超核的直流斜率具有相似的質(zhì)量標(biāo)度規(guī)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(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)新的方向研究實(shí)驗(yàn)室天體物理的意義，對于構(gòu)建核-核碰撞與決定致密星系內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)多項(xiàng)式之間的聯(lián)系具有重要意義。
STAR是一個(gè)重要的RHIC國際實(shí)驗(yàn)合作組，由來自14個(gè)國家71個(gè)單位的700多名研究人員組成。 該工作由近代化學(xué)研究所張亞鵬研究員團(tuán)隊(duì)牽頭。 主要作者有近代化學(xué)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(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技計(jì)劃（B類）、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“西部之光”人才計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金青年基金的支持中國科學(xué)基金.
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圖 1：中子星是致密的天體，由大質(zhì)量恒星在其生命結(jié)束時(shí)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(zhì)中的超子-核子相互作用并了解中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 （圖片來源/現(xiàn)代化學(xué)研究所）
圖2：STAR實(shí)驗(yàn)3GeV金-金碰撞中心快區(qū)直流斜率（橫軸）與粒子質(zhì)量（縱軸）相關(guān)圖。 實(shí)心方框是最新觀測到的超核/超子，輕核（p、d、t、3He、4He）用實(shí)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(zhì)量依賴性的結(jié)果。 傳輸模型結(jié)合過程可以定性地描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 （來源/）
（核相結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室供稿）