【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，國際大型重離子實(shí)驗(yàn)STAR合作組在強(qiáng)相互作用物質(zhì)基本性質(zhì)研究方面取得重要進(jìn)展。華中師范大學(xué)與美國肯特州立大學(xué)、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位合作，利用美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)的高能核碰撞數(shù)據(jù)，對(duì)“重子數(shù)究竟由夸克還是膠子攜帶”這一基礎(chǔ)物理問題開展實(shí)驗(yàn)研究。相關(guān)成果以“Tracking the baryon number with nuclear collisions”為題，于2026年8月14日發(fā)表于《科學(xué)》(Science)雜志。華中師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院羅曉峰教授及其博士研究生劉慧(現(xiàn)任湖州師范大學(xué)教師)是該項(xiàng)工作的主要貢獻(xiàn)者之一。
在傳統(tǒng)樸素夸克模型中，質(zhì)子或中子的重子數(shù)被認(rèn)為平均分配給三個(gè)價(jià)夸克，但量子色動(dòng)力學(xué)表明，重子內(nèi)部還包含復(fù)雜的膠子場。理論上，三個(gè)價(jià)夸克可通過一種Y形膠子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接，形成“重子結(jié)”(baryon junction)。一種重要猜想認(rèn)為，真正攜帶和輸運(yùn)重子數(shù)的可能并非價(jià)夸克本身，而是這種膠子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
STAR合作組分析了RHIC上每核子對(duì)質(zhì)心能量為200 GeV的釕-96和鋯-96同質(zhì)異位素碰撞數(shù)據(jù)。兩種原子核質(zhì)量數(shù)相同、質(zhì)子數(shù)不同，因此總重子數(shù)相同而電荷不同，為比較電荷與重子數(shù)輸運(yùn)提供了獨(dú)特條件。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，碰撞中心快度區(qū)的重子數(shù)輸運(yùn)明顯強(qiáng)于由電荷輸運(yùn)推斷出的價(jià)夸克輸運(yùn)，難以用價(jià)夸克“阻停”機(jī)制單獨(dú)解釋。合作組進(jìn)一步研究光子與金核的光致核反應(yīng)，測(cè)得的凈質(zhì)子快度分布同樣與包含重子結(jié)機(jī)制的理論預(yù)期相符。兩類獨(dú)立觀測(cè)相互印證，為重子數(shù)主要通過Y形膠子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)攜帶和輸運(yùn)提供了重要實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
華中師大團(tuán)隊(duì)在凈重子數(shù)重建中發(fā)揮了重要作用。由于中子和反中子不帶電，難以被STAR中央探測(cè)器直接測(cè)量，研究團(tuán)隊(duì)利用質(zhì)子、反質(zhì)子以及氘核、反氘核的產(chǎn)生信息重建中子和反中子產(chǎn)額。劉慧博士在羅曉峰教授指導(dǎo)下完成了200 GeV釕-96和鋯-96碰撞中質(zhì)子、氘核及其他輕核產(chǎn)生的系統(tǒng)測(cè)量，相關(guān)結(jié)果為此次凈重子數(shù)重建提供了重要實(shí)驗(yàn)輸入。
該研究表明，僅將重子視為三個(gè)價(jià)夸克的簡單組合可能并不完整，連接夸克的膠子場及其非微擾拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能參與定義和傳遞重子的基本量子數(shù)。該成果為理解量子色動(dòng)力學(xué)非微擾性質(zhì)、強(qiáng)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)及高能核碰撞中的重子數(shù)輸運(yùn)提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。華中師范大學(xué)是STAR國際合作組的重要成員單位，學(xué)院團(tuán)隊(duì)長期圍繞QCD相結(jié)構(gòu)、守恒荷漲落、輕核與超核產(chǎn)生、粒子關(guān)聯(lián)及強(qiáng)子相互作用等前沿方向開展研究。該工作得到國家自然科學(xué)基金及科技部項(xiàng)目資助。
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