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中国科学院近代物理研究所科学家及其RHIC-STAR实验合作者首次观测到重离子碰撞中超核的集体流动。这一成果为研究致密核物质环境中的超子-核子 (Y-N) 相互作用提供了新方向。该研究于 5 月 24 日发表在 《物理评论快报》上 。

超子是包含奇异 (s) 夸克的重子，而核子(质子或中子)仅包含上 (u) 和下 (d) 夸克。超子和核子可以形成束缚态，称为“超核”。理论预测表明超子存在于中子星内部，中子星是超大质量恒星坍缩时形成的致密恒星。然而，超子的出现软化了核物质的状态方程，从而给大质量中子星的理论构建带来了挑战。这在中子星研究中被称为“超子之谜”。

通过实验提取致密核介质中 Y-N 相互作用的强度对于解决“超子难题”至关重要。同时对于理解强相互作用理论，即量子色动力学(QCD)具有重要意义。超核的集体流动可用于提取致密核物质中的 Y-N 相互作用并解决“超子之谜”。

高能重离子碰撞是实验室研究致密核物质性质的独特工具。在重离子碰撞中，由于致密核物质的压力梯度，粒子呈现定向流和椭圆流等集体流。科学家们在实验中观察到了介子、重子和轻核的集体流动。然而，由于超核产生的稀有性，一直缺乏关于超核集体流动的实验数据。

这项研究的实验是在布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)上进行的。基于 RHIC (STAR) 实验中螺线管跟踪器的 3 GeV Au-Au 碰撞数据，科学家重建了大约 8400 个超核(即由一个 Λ 超子、一个质子和一个中子组成的超核)和大约 5200 个超氢 4 超核(即, 那些由一个 Λ 超子、一个质子和两个中子组成的)。这是迄今为止实验观测到的最大的超氚核和超氢4超核统计数据样本。

科学家首次观察到这些超核具有显着的定向流。他们还提取了中快度区域超核和轻核定向流的斜率。他们发现轻核和超核的斜率遵循类似的质量数比例，表明重离子碰撞中超核和轻核的产生可以用“聚结过程”来解释。

这项工作为研究有限压力下的 Y-N 相互作用提供了一个新方向，这对于建立核碰撞与控制致密星内部结构的状态方程之间的联系具有重要意义。

STAR 是 RHIC 的一项国际实验合作项目，由 14 个国家 71 个机构的 700 多名研究人员组成。该工作由IMP张亚鹏教授团队牵头。本研究的主要作者包括他的合作者胡辰禄(博士生)、何雄红博士和赵凤仪(博士生)，他们都来自IMP，还有董鑫博士、季元靖博士和梁越航博士, 全部来自劳伦斯伯克利国家实验室