本文轉自：中國科學報
本報訊
日前，中科院院士、復旦大學教授馬餘剛團隊與合作者，首次在重離子碰撞實驗中，觀測到反應末態粒子的整體自旋排列現象，為研究夸克膠子等離子體（QGP）中的強相互作用提供了新方向。1月19日，相關成果線上發表於《自然》。
“這項研究用充分的實驗證據，建立了核物質系統和粒子物理（自旋）之間的聯絡，為核物質自旋動力學發展指明瞭新方向，並有可能提供測量強相互作用中區域性漲落強度的探針。”馬餘剛告訴《中國科學報》。
基於美國布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機（RHIC）上螺旋徑跡探測器（STAR）的碰撞實驗，研究人員發現接近光速的金核-金核對撞，形成的夸克物質中產生的？拚介子表現出新的“整體極化”現象。即非對心的相對論重離子碰撞，會沿著反應平面法線方向產生巨大的軌道角動量。理論研究表明，該角動量會以流體渦旋的形式傳遞到QGP中，QGP中的粒子透過自旋-軌道相互作用可以產生自旋極化。
研究人員在STAR實驗組測量了？拚和K？觹0介子的整體自旋排列，並採用馬餘剛團隊在2005年建立的資料分析方法，透過跟蹤這些粒子的衰變產物相對於反應平面法線方向的角分佈，再將這些角度分佈測量值轉換為母粒子處於三種自旋狀態的機率，實現母粒子的自旋排列密度矩陣的測量。
該研究探索的“整體極化”效應是一種新現象，在沒有整體自旋排列訊號的情況下，他們測量的？拚和K？觹0介子自旋處於三種狀態中每一種的機率都等於1/3，正如對於K？觹0介子的實驗測量所展示的。但是對於？拚介子，實驗資料表現出強烈的訊號，即一種狀態優於其他兩種狀態。
在傳統機制下，將夸克水平的自旋極化轉換為介子的整體自旋排列得到的效應遠遠低於該論文中新的測量結果。為此，理論核物理科學家提出一個新的觀點，即QGP內強相互作用力的區域性漲落，可能驅動了？拚介子的整體自旋排列。這種新的機制也考慮了？拚和K？觹0介子之間不同的夸克組分，並解釋了實驗上觀測到的兩者之間的差異。
“這一理論仍需要更多的實驗結果進行驗證。”馬餘剛說，他們與合作者正在研究另一種由同味道（味道是一種夸克的類別）夸克-反夸克對形成的粒子的自旋整體排列——J/Ψ粒子的整體極化。如果發現J/Ψ粒子的自旋整體排列，將為強相互作用力的區域性漲落的理論解釋提供進一步的支撐。
（張雙虎 黃辛）
相關論文資訊：
https：//doi。org/10。1038/s41586-022-05557-5
釋出於：北京
