中科大高能核物理团队在超核研究中取得重要进展

近日，中国科学技术大学高能核物理团队在超核研究中取得重要进展。

超氚核与超氢-4核的结构组成示意图，图片来自中科大

前述中科大团队与美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)、布鲁克海文国家实验室等合作，在RHIC-STAR质心能量3GeV（GeV为十亿电子伏特）和7.2GeV的重离子打靶实验中，实现了超氚核(H3L)与超氢-4核(H4L)寿命目前最精确的测量，并首次测量了3GeV能量下这两种超核的产额。相关成果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

图片来自《物理评论快报》(Physical Review Letters)

据悉，RHIC-STAR是基于美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机(RHIC)上STAR实验的大型国际合作组，目前由来自14个国家70个单位的753位科研人员组成。

组成原子核的基本单元为核子，即中子和质子。然而科学家发现，一些原子核内部还有超子。超子不同于普通核子，是含有奇异数的重子。在现代粒子物理学的标准模型理论中，重子是指由三个夸克（或者三个反夸克组成反重子）组成的复合粒子。

超子与核子形成的束缚态即超核。核子与超子之间如何通过相互作用形成束缚态，一直是核物理领域的前沿基本问题。在天文学方面，中子星致密核心内部是否也存在超子，以及在极端致密的环境中，超子与核子相互作用、与中子星状态方程之间的联系，都是核物理与天体物理交叉领域的热点问题。

超核被视作一个研究超子-核子相互作用的天然“实验室”，是前述领域研究的主要对象。理论上认为超子与核子组成的超核是弱束缚系统，轻超核的寿命应接近自由Lambda（其符号为Λ）重子的寿命。

相对论重离子对撞机(RHIC)上的STAR实验，在低能区产生的核物质系统有较高的重子密度，有利于产生超核。STAR实验在质心能量3GeV和7.2GeV下进行了超核寿命的测量，得到了目前最为精确的实验结果，发现比自由Lambda重子的寿命小约20%，这对进一步理解超核相互作用提供了精确的实验数据。

超氚核与超氢-4核的寿命测量结果，图片来自中科大

同时STAR还首次测量了3GeV下超核的产额，发现显著高于高能区（2.76TeV，TeV即10的12次方电子伏特）测量的结果，说明低能高重子密度区对研究奇异核更有优势。实验结果与强子输运模型相符，对理解低能区超核产生机制提供了重要实验依据。其中强子是指受到强相互作用影响的亚原子粒子，它包括重子和介子。

前述合作组论文主要作者包括中科大高能物理组教授张一飞与博士生李秀君，二人在实验和物理分析工作中做出了重要贡献。前述研究受到国家自然科学基金委、科技部等单位的经费资助。