近日，中科院近代化学研究所等单位科研人员参与RHIC-STAR国际合作实验研究，首次观测到重离子碰撞实验中超核的集体运动。 这一成果为致密核物质环境中超核-核子相互作用的研究开辟了新方向，相关成果发表在5月24日的 ( )杂志上。
超子是包含奇夸克 (s) 的重子研究实验室天体物理的意义，而核子（质子和中子的总称）仅包含上夸克 (u) 和下夸克 (d)。 超子和核子可以产生俘获态，称为“超核”。 该理论预测超子存在于中子星内部，中子星是宇宙中致密的天体。 但超子的出现会软化核物质的状态多项式，给大质量中子星的理论建立带来挑战，被称为中子星研究中的“超子之谜”。
实验检测致密核介质中超子-核子相互作用的硬度是破解“超子之谜”的关键一步，对于理解强相互作用理论——量子色动力学也具有重要意义。 利用超核集体运动的实验数据，可以提取致密核介质中的超子-核子相互作用，有可能解开“超子之谜”。
高能重离子碰撞是在实验室中形成和研究致密核物质特性的奇异工具。 重离子在碰撞过程中，由于致密核物质内部的浮力梯度，粒子会形成集体运动（集体流），如直线流、椭圆流等。在实验中，科学家们已经观察到集体流介子、重子和轻核。 由于实验形成的超核极为罕见，以往对超核内集体流测量的研究仍是空白。
根据英国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机（RHIC）装置上STAR实验的3GeV金-金碰撞数据，研究人员重建了约8400个超氚（由一个Λ超子、一个质子和一个中子）和大约 5200 个超氢 4（由一个 Λ 超子、一个质子和两个中子组成）。 这是迄今为止实验观测到的最大的超氚和超氢4统计数据样本。
研究团队首次通过实验观察到这种具有明显直流的超核。 同时，他们还提取了中心速度区超核和轻核直接流动的斜率。 经过对比发现，轻核和超核的直流斜率具有相似的质量标度规律，这意味着重离子碰撞中超核和轻核的形成可以用“并集过程”来解释。
这项工作为研究有限压力下的超子-核子相互作用开辟了一个新的方向研究实验室天体物理的意义，对于构建核-核碰撞与决定致密星系内部结构的状态多项式之间的联系具有重要意义。
STAR是一个重要的RHIC国际实验合作组，由来自14个国家71个单位的700多名研究人员组成。 该工作由近代化学研究所张亚鹏研究员团队牵头。 主要作者有近代化学研究所胡晨录（博士研究生）、何雄红副研究员、赵凤仪助理研究员，以及东鑫博士、季博士和梁越航博士。
该工作得到中国科学院战略性先导科技计划（B类）、中国科学技术大学“西部之光”人才计划、国家自然科学基金青年基金的支持中国科学基金.
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图 1：中子星是致密的天体，由大质量恒星在其生命结束时坍缩形成。 高能重离子碰撞中超核的集体通量可用于提取核介质中的超子-核子相互作用并了解中子星的内部结构。 （图片来源/现代化学研究所）
图2：STAR实验3GeV金-金碰撞中心快区直流斜率（横轴）与粒子质量（纵轴）相关图。 实心方框是最新观测到的超核/超子，轻核（p、d、t、3He、4He）用实心圆表示。 浅红色的短虚线分别是拟合超核和轻核的直流斜率和质量依赖性的结果。 传输模型结合过程可以定性地描述实验结果。 （来源/）
（核相结构实验室供稿）