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《天然-物理》:上海科学家初次完结超氚核与反超氚核质量和结合能的准确丈量

发布日期:2020-03-12 19:12:48 来源: 凤凰彩票手机版官网 阅读量(


近来,复旦大学、中科院上海使用物理研讨所的重离子物理研讨团队在反物质研讨上取得重要开展,初次完成了超氚核与反超氚核质量和结合能的准确丈量。试验成果显现超氚核Lambda别离能比前期丈量成果约大三倍,超氚核与反超氚核的相对质量在10-4精度上无不同。

该丈量成果更新了近五十47年前丈量的超氚核的Lambda别离能,显现了超氚核的Λ (Lambda)别离能比前期丈量成果约大三倍;也经过丈量超氚核与反超氚核的质量不同在国际上初次以10-4质量精度验证了CPT(电荷共轭改换-宇称反射-时刻反演)对称性在奇特物质原子核上的建立,这也是迄今为止CPT对称性验证的最重的反物质原子核。

研讨成果以整体STAR协作组成员署名宣布在英国伦敦时刻2020年3月9日16:00 《天然·物理》(Nature Physics),论文的首要作者包括中国科学院院士马余刚、陈金辉研讨员、刘鹏博士研讨生等,刘鹏和陈金辉为论文一起通讯作者。

坐落美国布鲁克海文国家试验室的相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC)将两束金离子加快到每核子100 GeV的能量,然后在STAR探测器中心对撞。

“核子重如牛,对撞生新态”,经过此种剧烈的对撞试验发生一种高温、高能量密度密、净重子数密度接近于零的新物质形状——夸克-胶子等离子身形。在夸克-胶子等离子身形冷却进程中,发生了许多含有奇特夸克的奇特强子及其反物质发生,因而RHIC为科学家研讨反物质及其奇特物质供给了绝佳的场所。

RHIC对撞试验中奇特性的发生使得超氚核与反超氚核许多发生。超氚核是由一个中子、一个质子、一个Lambda 超子组成的束缚态,其首要衰变道为pi介子和氦3,或许pi介子和氘以及质子。

咱们周边的一般物质由质子与中子组成,其只含有上夸克和下夸克,而超氚核里边的Lambda超子不只含有上下夸克,还包括有一个奇特夸克。因而对超氚核的研讨将极大地丰厚咱们对物质国际的知道。

在该项研讨中, 复旦大学现代物理所陈金辉研讨员及其辅导的博士中国科学院上海使用物理研讨所博士研讨生刘鹏剖析了STAR探测器于2014年和2016年收集的每核子对撞能量为100 GeV的金-金对撞发生的海量试验数据。他们在大约46亿个金-金对撞事情中找到了156个超氚信号和57个反超氚信号。

▲图一:在金-金对撞中发生的许多次级粒子中找到的其间一个潜在反超氚衰变事情。 左边为STAR探测器时刻投影室记录到的次级粒子轨道信息。右侧为重味径迹探测器的扩大图。重味径迹探测器安装在时刻投影室的正中间。图片来历:Nature Physics

对称性在天然界中普遍存在。在历史上很长一段时刻里,人们一向以为宇称(Parity)对全部物理进程都是守恒的。1956年华裔物理学家李政道和杨振宁和李政道首先在理论上提出在弱相互作用中宇称不守恒,随后华裔物理学家吴健雄在试验上证明了宇称不守恒,因而1957年诺贝尔物理学奖颁发了宇称不守恒的发现。随后物理学家很快发现了电荷-宇称的联合不守恒(CP 损坏)而且取得了诺贝尔物理学奖。

在历史上宇称不守恒和CP损坏的发现极大地促进了物理学的开展。现在CPT理论以为全部物理进程在电荷、宇称、时刻联合改换时具有不变性,而且以为物质与反物质具有完全相同的质量。物理学家一向企图在试验上寻觅CPT损坏的信号而且现已经过丈量各种强子的正反粒子质量不同来验证CPT对称性。现在对正反K介子的质量丈量显现在10-18精度上正反K介子质量持平。虽然对各类强子的正反粒子做了许多丈量,可是现在在原子核层面上的很少有丈量十分稀疏,其间最新的试验成果是欧洲核子中心(CERN) ALICE试验组2015年丈量的反氘核、反氦3质量不同,该试验成果关于氦3-反氦3的丈量精度达到了只要10-3,但没有涉及到而且不包括奇特夸克自由度(Nature Physics 11, 2015, 811)。

在反奇特夸克物质的研讨上,马余刚院士团队早在2010年初次就发现了反超氚核(Science 328, 58-62 (2010)),可是因为试验精度,其质量一向没有得到准确丈量。该论文在国际上初次准确丈量了反奇特夸克原子核反超氚与超氚核的质量不同,而且以10-4精度验证了CPT对称性在超核上的建立。该丈量也是迄今为止CPT对称性验证的最重的反物质原子核。丈量成果将对扩展规范模型(Extension Standard Model)参数供给试验约束。

超氚核Lambda别离能的丈量也为咱们了解中子星性质供给要害协助。理论以为中子星内部存在奇特物质,因而超子-核子、超子-超子之间的相互作用信息对了解中子星状态方程有着十分重要的含义。超子-核子相互作用信息能够经过传统的散射试验取得,可是现在超子-核子散射试验十分少,而超氚作为一个天然的超子-核子相互作用体系,其Lambda别离能巨细与超子-核子相互作用强度有直接关系。此次丈量的超氚Lambda别离能标明超子-核子之间的相互作用强度或许要比科学家前期以为的强得多。最新的丈量成果将为理论核算超子-核子之间相互作用供给更为准确的约束。

该研讨得到了国家天然科学基金委立异研讨集体团队、基金委重大项目以及科技部、中科院项目的联合支持。(作者:许琦敏)


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