【复旦大学】

近日，复旦大学马余刚院士团队和纽约州立大学石溪分校贾江涌讲授团队合作在RHIC-STAR国外合作组初次基于高能重离子碰撞方法成像原子核结构并取得紧迫蹂躏。

这项蹂躏不仅对盘考极点物态夸克胶子等离子体的性质至关紧迫，还为跨能量范例盘考原子核结构信息提供了新颖和安谧的实验测量技能。关联盘考效果于北京时辰11月7日以“Imaging Shapes of Atomic Nuclei in High-Energy Nuclear Collisions”为题发表于《当然》（Nature）主刊。Nature同期在“新闻和不雅点” (News & Views)、“博客” (Podcast) 特评专栏等对该文进行亮点先容和要点推介。

图1: 相对论重离子对撞机上铀-238原子核碰撞暗意图

该效果基于好意思国布鲁克海文国度实验室相对论重离子对撞机上的螺旋径迹探伤器（RHIC-STAR）。如图1所示，盘考东说念主员将两束重离子加快至接近光速并使其发生对撞，从而产生退闭塞的夸克胶子等离子体（QGP）。宽阔以为，该物资是对应于天地大爆炸之后几个微秒的存在口头，而夸克、胶子是物资的最微不雅头绪，皆是基本粒子。QGP流体经过扩张冷凝和强子化后，产生多数末态强子。末态强子的动量空间多粒子关联与碰撞启动原子核的相貌及核子的多体关联举座关联。这还是过访佛高速录像机的快门拍照，粗俗收场逆向瞬时成像原子核相貌。

在《当然》论文中，马余刚院士团队与合作家在STAR实验组以接近球形的金核-金核碰撞为基准，精确成像原子核结构特征，定量索求了铀核-铀核碰撞中铀-238原子核的四极轴对称形变（β2）和三轴形变（γ）结构信息。

自 1911 年卢瑟福凭证α粒子对原子散射实验诱惑原子核式结构以来，原子核的几何学相貌、核内蕴含的基本相互作使劲与能源学对称性一直是原子核有限多体量子系统及强作用统计物理盘考的紧迫前沿课题之一。 原子核结构参数在顽劣核物理界限通过电子散射实验、库仑激勉或激光光谱学等测量时代，与不同的核表面模子假定相商酌共同获得，并在较长的时辰范例上测量原子核的举座相貌。

比拟之下，相对论重离子碰撞在成像原子核结构盘考方面具有独到性。如图2所示，相对论能量下，原子核会发生洛伦兹减弱，相互作用抓续时辰为幺秒范例（约 10-24 秒），远低于实验室系下原子核量子涨落的时辰范例 (约 10-21秒)，以致比2023年诺贝尔物理学奖盘考物资电子能源学的阿秒激光脉冲小六个量级。具有奇特结构的原子核在极点中心对撞区间会呈现不同的碰撞构型，这将影响初态能量千里积以及能量密度散播在QGP几何空间中的各向异性散播。

图2: 顽劣测量和高能重离子碰撞盘考原子核结构方法暗意图

该实验同期盘考了末态强子的集体流等三种不同的软探针不雅测量，并通过大限度超算中心的假想，比较了两种不同的流体能源学模子，精确不停并定量索求了铀-238原子核的四极轴对称形变和轴对称破缺三轴形变的大小。

如图3所示，盘考终端揭示了铀-238原子核基态具有较大的椭球形轴对称四极形变，这一盘考发现与传统的顽劣实验测量和表面盘考基本一致，为成像原子核结构提供了一种全新方法。

图3: 铀-238原子核四极轴对称形变（β2）和轴对称破缺三轴形变（γ）的实验测量及模子比较

此外，该盘考据实铀-238具有轻飘的轴对称破缺三轴形变解放度。这项跨能量范例的原子核结构盘考，有助于琢磨核合成、核裂变及无中微子双贝塔衰变等紧要基础科学问题，股东高能重离子碰撞、顽劣核物理和核天体物理交叉界限的发展，并深化东说念主们对夸克胶子等离子体初态几何、原子核基人道质和天地元素发祥等基本科学问题的领路，还为不停和改进核表面模子过火假想精度提供紧迫参考。

改日，该论文中使用的盘考方法可利用于欧洲核子中心LHC、下一代核物理大科学安设-好意思国电子离子对撞机EIC、我国强流重离子加快器安设 HIAF 等大科学安设的关联盘考，有助于不绝拓宽跨能量范例原子核物理的前沿交叉。

复旦大学张春健后生盘考员和纽约州立大学石溪分校贾江涌讲授等盘考东说念主员主导了此《当然》实验盘考。盘考方法基于作家频年来在输运模子方面的表面责任，此前关联效果已陆续发表于3篇《物理驳斥快报》（PRL）。如今，后续的实验盘考仍在抓续进行，团队正在创新发展新的实验不雅测量，商酌顽劣核物理表面模子，高能相对论流体能源学和输运模子，不绝在实验和表面层面长远盘考原子核高阶形变、中子皮、集配合构等原子核结构特征。

该责任得到了国度当然科学基金委过火表面物理专款-上海核物理表面盘登科心、科技部、莳植部和复旦大学等援助。

论文流畅：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08097-2

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