澎湃新聞記者 王蕙蓉

近日，中國科學技術(shù)大學高能核物理團隊在超核研究中取得重要進展。

超氚核與超氫-4核的結(jié)構(gòu)組成示意圖，圖片來自中科大

前述中科大團隊與美國勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)、布魯克海文國家實驗室等合作，在RHIC-STAR質(zhì)心能量3GeV（GeV為十億電子伏特）和7.2GeV的重離子打靶實驗中，實現(xiàn)了超氚核(H3L)與超氫-4核(H4L)壽命目前最精確的測量，并首次測量了3GeV能量下這兩種超核的產(chǎn)額。相關(guān)成果發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

圖片來自《物理評論快報》(Physical Review Letters)

據(jù)悉，RHIC-STAR是基于美國布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機(RHIC)上STAR實驗的大型國際合作組，目前由來自14個國家70個單位的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)代粒子物理學的標準模型理論中，重子是指由三個夸克（或者三個反夸克組成反重子）組成的復合粒子。

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)域的前沿基本問題。在天文學方面，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)域的熱點問題。

超核被視作一個研究超子-核子相互作用的天然“實驗室”，是前述領(lǐng)域研究的主要對象。理論上認為超子與核子組成的超核是弱束縛系統(tǒng)，輕超核的壽命應接近自由Lambda（其符號為Λ）重子的壽命。

相對論重離子對撞機(RHIC)上的STAR實驗，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實驗在質(zhì)心能量3GeV和7.2GeV下進行了超核壽命的測量，得到了目前最為精確的實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)比自由Lambda重子的壽命小約20%，這對進一步理解超核相互作用提供了精確的實驗數(shù)據(jù)。

超氚核與超氫-4核的壽命測量結(jié)果，圖片來自中科大

同時STAR還首次測量了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）測量的結(jié)果，說明低能高重子密度區(qū)對研究奇異核更有優(yōu)勢。實驗結(jié)果與強子輸運模型相符，對理解低能區(qū)超核產(chǎn)生機制提供了重要實驗依據(jù)。其中強子是指受到強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，二人在實驗和物理分析工作中做出了重要貢獻。前述研究受到國家自然科學基金委、科技部等單位的經(jīng)費資助。

責任編輯：李躍群

校對：欒夢