近期，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所雍高產(chǎn)研究員團(tuán)隊(duì)提出了探測(cè)超子勢(shì)的新方法，為探索“中子星超子謎題”提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理快報(bào)B》(Physics Letters B)和《物理評(píng)論C》(Physical Review C)。

超子勢(shì)(超子與核子之間的相互作用勢(shì))的研究近年來成為核物理與天體物理交叉領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)，其核心目標(biāo)在于破解困擾學(xué)界十余年的“中子星超子謎題”。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，中子星內(nèi)部在極高密度下會(huì)產(chǎn)生大量含奇異夸克的超子(如Λ粒子)，這些粒子的出現(xiàn)會(huì)顯著軟化物質(zhì)的狀態(tài)方程，導(dǎo)致中子星最大質(zhì)量降低。然而天文觀測(cè)卻接連發(fā)現(xiàn)質(zhì)量接近甚至超過兩倍太陽質(zhì)量的中子星，這與理論預(yù)測(cè)形成了矛盾。

目前認(rèn)為，超子勢(shì)的密度依賴性可能是解開謎題的關(guān)鍵：若高密度下超子勢(shì)呈現(xiàn)更強(qiáng)排斥性，便可能抵消狀態(tài)方程的軟化效應(yīng)，從而允許大質(zhì)量中子星存在。當(dāng)前,基于重離子碰撞實(shí)驗(yàn)探測(cè)超子勢(shì)是約束高密超子勢(shì)的有效手段。然而，常規(guī)重離子碰撞中，超子多為碰撞后產(chǎn)生的次級(jí)粒子，其行為受到強(qiáng)子化過程、非彈性散射等多重因素影響，信號(hào)容易被背景噪聲淹沒。

針對(duì)上述問題，近代物理所科研人員提出了一種新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，可排除次級(jí)粒子的干擾。該方案使用超核(含Λ超子的原子核)作為炮彈轟擊普通原子核，并選擇400 MeV的實(shí)驗(yàn)室能量(低于Λ超子產(chǎn)生閾值)，以確保所有觀測(cè)到的Λ超子均來自炮彈超核的“原生”成分，而非在碰撞過程中生成。通過分析計(jì)算Λ超子的橢圓流，研究者發(fā)現(xiàn)在負(fù)快度區(qū)域(對(duì)應(yīng)碰撞壓縮階段的高密度區(qū))，橢圓流強(qiáng)度對(duì)高密超子勢(shì)異常敏感;而在正快度區(qū)域(對(duì)應(yīng)飽和密度附近)，橢圓流強(qiáng)度則可反映較低密度的超子勢(shì)強(qiáng)度。該方法可實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)中直接提取不同密度區(qū)間的超子勢(shì)強(qiáng)度參數(shù)。

此外，針對(duì)在我國(guó)低溫高密核物質(zhì)測(cè)量譜儀(CEE)上即將開展的碳碳反應(yīng)研究，科研人員通過模擬該反應(yīng)在不同能量下的碰撞，分析了輕超氚生成機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，在低于Λ產(chǎn)生閾值的1.1 GeV能量下，超氚主要形成于高密度壓縮區(qū)，其產(chǎn)額對(duì)高密度超子勢(shì)變化敏感;而當(dāng)能量升至1.9 GeV時(shí)，超氚更多產(chǎn)生于低密度旁觀者區(qū)，此時(shí)產(chǎn)額反映低密度超子勢(shì)的影響。值得注意的是，輕超氚產(chǎn)額對(duì)超子勢(shì)的敏感度明顯大于其對(duì)核物質(zhì)狀態(tài)方程的依賴，這為解決“物態(tài)方程-超子勢(shì)耦合難題”提供了新見解。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

左圖：超核-原子核碰撞中的超子橢圓流隨橫動(dòng)量的變化情況。上窗口對(duì)應(yīng)負(fù)快度，下窗口對(duì)應(yīng)正快度。圖中展示了不同重子散射截面、不同物態(tài)方程、超子勢(shì)的不同密度區(qū)間，以及不同的反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)超子橢圓流的影響。右圖：碳碳碰撞中的輕超核產(chǎn)生的快度分布。上窗口對(duì)應(yīng)1.1 GeV每核子束流能的情況，下窗口對(duì)應(yīng)的是1.9 GeV情況。