重离子碰撞超子整体极化效应理论研究取得进展 [2017-12-06]

    近期物理学院高能物理研究组的王群教授研究组在重离子碰撞整体极化方面取得重要研究进展，其研究结果于2017年11月作为封面亮点文章（编辑推荐文章）发表在核物理领域的高级专业期刊Phys. Rev. C上【1】。研究组成员有博士研究生李慧、夏晓亮以及美国伯克利国家实验室的庞龙刚博士。王群研究组近年来发展了用维格纳函数方法描述强子的极化模型，根据此模型，流体中的强子极化来源于强子自旋与涡旋耦合效应。由于整体上涡旋场平均地指向反应面的法向或整体轨道角动量的方向，所以沿此方向会导致强子的整体极化。为了解释最近STAR国际合作组关于超子整体极化的实验结果，需要细致的研究和模拟超子的产额和涡旋场的分布。他们首次使用多相输运模型描述超子的产生和涡旋场的分布，使用维格纳函数导出的极化度与涡旋场成正比的公式计算了超子整体极化度，所得结果与STAR国际合作组的数据符合很好（如图1）。他们也成功地解释了超子整体极化度随碰撞能量增加而减小的行为。这是重离子碰撞整体极化领域的一篇重要的早期研究工作，该工作得到了科技部973项目和基金委重点项目的支持。

　　夸克胶子等离子体(quark-gluon plasma, QGP)是大爆炸之后的早期宇宙的状态，它是由自由的亚原子粒子组成的体系。在过去二十年，物理学家们利用美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的相对论性重离子对撞机(RHIC)和欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)进行高能原子核碰撞实验，在实验室中产生出QGP并研究其物理性质。

　　原子核有一定大小，在高能非对心原子核碰撞中会产生沿着事例平面法向的巨大角动量。在碰撞中心区会产生高温高密度的QGP流体，非对心原子核碰撞产生的巨大角动量会以流体涡旋的形式传递到QGP中。这些流体涡旋可以看做是局域的轨道角动量，自旋轨道耦合效应使QGP中有自旋的粒子极化。这种关于事例或反应平面的极化效应叫做整体极化效应。整体极化效应可以通过测量Lambda超子衰变到质子和pi介子测到。

　　最近在RHIC能量扫描的较低碰撞能量区间的金核与金核碰撞实验中，STAR国际合作组首次观测到Lambda超子的整体极化效应，研究结果作为封面文章发表在《自然》杂志上【2,3】。我校高能物理研究组是STAR国际合作组的重要研究力量，在这个实验中，我校研制的新型MRPC-TOF探测器大大提高了粒子分辨率和实验精度，最终使STAR科学家在大噪声背景中捕捉到了整体极化效应的微弱信号，实现了突破。

图1. 极化度于碰撞能量的关系。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　（近代物理系、核探测与核电子学国家重点实验室）

　　参考资料：

　　1.https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.96.054908#fulltext

　　2.http://www.nature.com/nature/journal/v548/n7665/full/nature23004.html

　　3 http://news.ustc.edu.cn/xwbl/201708/t20170817_280858.html