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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高能核物理課題組與美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）、華中師范大學(xué)（CCNU）、加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）等單位合作，在RHIC-STAR質(zhì)心能量為200 GeV的重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中觀察到，奇異粲介子Ds與中性粲介子D0的產(chǎn)額比值相對于質(zhì)子質(zhì)子碰撞有顯著的增強(qiáng)。研究結(jié)果表明：宇宙大爆炸早期形成的極端高溫高密的熱核物質(zhì)——夸克膠子等離子體中，的確存在夸克與膠子的自由度，粲夸克與奇異夸克級聯(lián)是奇異粲介子Ds強(qiáng)子化的重要方式。結(jié)合之前發(fā)表的D介子集體流結(jié)果(Phys. Rev. Lett. 118. 212301 (2017))，為我們理解粲夸克的集體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和強(qiáng)子化過程提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。研究成果于8月26日發(fā)表在《物理評論快報(bào)》Phys. Rev. Lett. 127, 092301 (2021)上。

宇宙大爆炸及其演化一直是人類探索自然的最基本科學(xué)問題之一。理論預(yù)言在宇宙大爆炸初期數(shù)微秒內(nèi)會(huì)在有限的空間中積聚極大的能量，溫度可達(dá)數(shù)萬億度。在這樣的極端高溫高密條件下，被強(qiáng)相互作用禁閉在強(qiáng)子中的夸克與膠子將會(huì)獲得更大的自由度，從而使強(qiáng)子物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭淇四z子等離子體。高能重離子對撞機(jī)，將重離子加速到極高能量撞在一起，從而可以在實(shí)驗(yàn)室中模擬宇宙大爆炸的情形。由于粲夸克很重，只能通過初始的硬散射過程產(chǎn)生，而在熱核介質(zhì)中，極高的溫度可以額外產(chǎn)生正反奇異夸克對，這就表現(xiàn)為奇異夸克的“豐度”增加。Ds由一個(gè)粲夸克與一個(gè)反奇異夸克組成，D0由粲夸克與反上夸克組成，兩者產(chǎn)額之比相較質(zhì)子質(zhì)子碰撞有顯著增強(qiáng)，驗(yàn)證了這一物理圖像，同時(shí)也驗(yàn)證了粲介子通過夸克溶合而成的強(qiáng)子化機(jī)制，是重離子碰撞中產(chǎn)生的熱密核物質(zhì)具有部分子自由度的重要實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

中科大高能核物理課題組主導(dǎo)研制了基于MRPC的飛行時(shí)間探測器，極大拓展了STAR實(shí)驗(yàn)上帶電粒子的鑒別能力；同時(shí)作為主要參加單位參與了基于MAPS 高分辨硅像素技術(shù)的重味徑跡探測器研制，精確測量了重味強(qiáng)子衰變頂點(diǎn)，在該實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。中國科大張一飛教授、周龍博士、陳小龍博士為論文的主要作者，在探測器刻度、物理分析方面做出了重要貢獻(xiàn)。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 上：Ds信號(hào)及Ds與D0的夸克組成示意圖? ?下：觀測到Ds/D0產(chǎn)額的顯著增強(qiáng)

RHIC-STAR是基于美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室相對論重離子對撞機(jī)（RHIC）上STAR實(shí)驗(yàn)的大型國際合作組，由來自14個(gè)國家70個(gè)單位的753位科研人員組成。該項(xiàng)研究受到了國家自然科學(xué)基金委、科技部等單位的經(jīng)費(fèi)資助。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.092301

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院、核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、科研部）