中国科大在高能对撞物理实验中取得新成果

　　宇宙的起源一直都是物理学家致力探索的最基本的问题之一。“大爆炸“理论预言宇宙起源于时间诞生时刻的极高能量密度的爆发，在之后的百万分之数秒内，宇宙形成其最初形态。此时并没有组成我们现在的物质世界的原子或原子核出现，而是以夸克、胶子游离的形式存在，这就是科学家们试图在对撞机上利用高能核-核对撞重建的新物质形态——夸克胶子等离子体（QGP）。在实验上找寻这种物质存在的证据就成为最为核心的问题。

　　中国科学技术大学近代物理系副教授张一飞联合美国劳伦斯伯克利国家实验室董昕博士和所属的美国STAR合作组，在相对论重离子对撞机(RHIC)上获取的8亿个金-金对撞事例中测量了D0介子（由一个粲夸克和一个反上夸克组成）的核修正因子，证实粲夸克在产生后必然经过一个热密核物质损失了大量能量，同时验证了D0介子的强子化过程是通过这种热密核物质中游离的粲夸克和反上夸克溶合产生的。这两个证据都支持宇宙早期的夸克胶子等离子体的物质形态在对撞机中产生了。该研究成果以合作组文章的形式于9月30日发表在在国际权威物理学期刊《物理评论快报》上（Phys. Rev. Lett. 113, 142301，2014）。

　　此外，双轻子作为电磁探针，不受强相互作用影响，在对撞机产生的核物质中一旦发射出来就必然携带当时的QCD物质的信息，就像“录像机”一样可以把核物质演化过程记录下来。张一飞、唐泽波、郭毅课题组联合中科院上海应用物理所、美国布鲁克海文国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室在RHIC-STAR实验中首次测量了质心能量200 GeV金-金对撞中的双电子的产额，并发现中等质量区间（质量1-3 GeV/c2）来源于粲-反粲关联的双电子谱受到核物质作用的影响，与D0介子与核物质介质发生相互作用的结论相符合；同时确定低质量区间（< 1 GeV/c2）的产额增强主要是由于矢量介子与碰撞过程中产生的强子介质相互作用质量展宽而导致的，从而解决了长期困扰RHIC能区低质量区间双轻子产额增强的机制问题。这项研究成果也以合作组文章形式发表于《物理评论快报》上（Phys. Rev. Lett. 113, 022301, 2014）。

　　图1：D⁰介子核修正因子，低横动量区的增强源于夸克溶合，高横动量区的压低源于能量损失。

　　图2：双电子质量谱，低质量区的增强源于矢量介子的强子相散射，中间质量区源于粲-反粲的关联。

　　该课题获得国家自然科学基金、国家重点基础研究计划(科技部973项目)的支持。

　　文章链接：

　　http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.142301

　　http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.022301

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　（物理学院、科研部）