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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高能核物理課題組與美國(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)室等單位合作，在RHIC-STAR 質(zhì)心能量3 GeV和7.2 GeV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3 GeV能量下這兩種超核的產(chǎn)額。以題為《Measurements of H3L and H4L Lifetimes and Yields in Au+Au Collisions in the High Baryon Density Region》，于5月17日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》Phys. Rev. Lett. 128, 202301 (2022)上。

組成原子核的基本單元是核子，即中子和質(zhì)子。然而，人們發(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。超子與核子形成的束縛態(tài)即超核。核子與超子之間是如何通過相互作用形成束縛態(tài)的，這一直是核物理領(lǐng)域的前沿基本問題。在天文學(xué)上，中子星致密核心內(nèi)部是否也有超子存在，以及在極端致密的環(huán)境，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”，是我們研究的主要對(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重子的壽命。

相對(duì)論重離子加速器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3 GeV和7.2 GeV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重子的壽命要小約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)。同時(shí)STAR還首次測(cè)量了3 GeV下超核的產(chǎn)額，發(fā)現(xiàn)顯著高于高能區(qū)（2.76 TeV）測(cè)量的結(jié)果，說明低能高重子密度區(qū)對(duì)研究奇異核的確更有優(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)制提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

超氚核與超氫-4核的結(jié)構(gòu)組成示意圖

超氚核與超氫-4核的壽命測(cè)量結(jié)果

中國(guó)科大高能物理組博士生李秀君與張一飛教授為這篇合作組文章的主要作者，在實(shí)驗(yàn)和物理分析工作中做出了主要貢獻(xiàn)。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，由來自14個(gè)國(guó)家70個(gè)單位的753位科研人員組成。該項(xiàng)研究受到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部等單位的經(jīng)費(fèi)資助。

相關(guān)鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.202301

（物理學(xué)院、核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、科研部）