超子是包含有奇異夸克(s)的重子，核子(質子和中子的統稱)中只包含有上夸克(u)和下夸克(d)。超子和核子可以形成束縛態，人們稱之為“超核”。理論預言宇宙中的致密天體——中子星的內部存在超子。然而，超子的出現將軟化核物質狀態方程，這給理論上構建大質量的中子星帶來了挑戰，被稱為中子星研究中的 “超子謎題”。

實驗上測量致密核介質中的超子-核子相互作用強度，是解決“超子謎題”的關鍵步驟，同時對于理解強相互作用的理論——量子色動力學具有重要意義。超核集體運動實驗測量數據可用于提取致密核介質中的超子-核子相互作用，有可能解決“超子謎題”。

圖 中子星是大質量恒星生命盡頭塌縮形成的致密天體。高能重離子碰撞中的超核集體流可用于提取核介質中的超子-核子相互作用和理解中子星的內部結構。圖源| 近代物理所

高能重離子碰撞是在實驗室產生和研究致密核物質性質的獨特工具。重離子碰撞過程中，粒子由于致密核物質內部壓強梯度會產生集體運動(集體流)，如直接流、橢圓流等。

在實驗中，科學家們已經觀測到介子、重子、輕核的集體流。由于實驗上產生的超核非常稀有，此前超核集體流測量研究尚屬空白。

研究人員基于美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC)裝置上的STAR實驗3GeV金-金碰撞數據，重建得到約8400個超氚(由一個Λ超子、一個質子和一個中子構成)和約5200個超氫-4(由一個Λ超子、一個質子和兩個中子構成)。這是目前實驗上觀測到的最大統計量的超氚和超氫-4數據樣本。

研究團隊首次在實驗上觀測到了這些超核具有顯著的直接流。同時，他們還提取了超核和輕核直接流在中心快度區域的斜率。經過比較發現，輕核與超核的直接流斜率都存在一個相似的質量標度律，這意味著超核和輕核在重離子碰撞中的產生都可以用“并和過程”來解釋。

圖 STAR實驗3GeV金-金碰撞中，中心快度區直接流斜率(縱軸)與粒子的質量(橫軸)之間的關聯圖。圖源| Physical Review Letters這項工作為研究有限壓力下的超子-核子相互作用開辟了一個新方向，對于建立核核碰撞和決定致密星體內部結構的狀態方程之間的聯系具有重要意義。

STAR是在RHIC上的重要國際實驗合作組，由來自14個國家、71個單位的七百余名科研人員組成。該工作由近代物理所張亞鵬研究員團隊主導完成，主要作者有來自近代物理所的胡晨露(在讀博士)、何熊宏副研究員和趙鳳儀助理研究員，以及美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Dr. DONG Xin、Dr. JI Yuanjing和Dr. LEUNG Yue-Hang。

該工作得到了中科院戰略性先導科技專項(B類)、中國科學院“西部之光”人才計劃、國家自然科學基金青年基金等項目的支持。