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2021年08月03日
我校STAR组在高能核物理实验方面取得重要进展

中国科学技术大学高能核物理课题组与美国布鲁克海文国家实验室(BNL)和山东大学等单位的联合研究团队,在RHIC-STAR国际合作组中发挥重要作用,首次在高能重离子碰撞过程中观测到源自纯能量的物质/反物质对的产生,并发现该过程中存在真空双折射的迹象,文章日前发表在《物理评论快报》 Phys. Rev. Lett.127(2021) 52302。

我校近代物理系首任系主任赵忠尧先生是人类物理学史上第一个发现反物质的物理学家,并观测到正负电子对的湮灭现象:e+ + e- →γ + γ。1934年,科学家布雷特和惠勒提出这个现象的反过程,让两个光子通过撞击结合在一起,有可能变成物质,形成电子和正电子。这种把光变成物质的过程是爱因斯坦质能方程E=mc2的直接反映,表明能量和质量是可以相互转化的。长期以来,人们期望通过超强功率的激光碰撞来观测这个过程,然而两个光子发生碰撞的概率非常低,其所需的最低激光功率仍然比目前功率最高的激光系统要高几个数量级。在布雷特和惠勒提出这个反应过程时,激光并没有被发明,他们提出可以通过加速重离子到相对论能区并碰撞来实现光生物质。RHIC-STAR的研究团队利用相对论重离子碰撞来寻找布雷特-惠勒的产生过程,在海量数据中找到6000多正负电子对,通过分析这些候选事例的配对质量和角分布以及与理论计算的比较,证实这些正负电子对源自布雷特-惠勒过程。更进一步,该研究团队观测到正负电子对的角关联呈现4阶余弦振荡,这是真空双折射现象的有力证据。

科大STAR研究团队,主导研制了基于MRPC的飞行时间探测器,极大拓展了STAR实验上带电粒子的鉴别能力,在该实验研究中发挥了关键作用。我校物理学院教师查王妹在实验和理论分析中做出了重要贡献。RHIC-STAR是基于美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机(RHIC)上STAR实验的大型国际合作组,由来自13个国家67个单位的706多位科研人员组成。该项研究受到了国家自然科学基金委、科技部等单位的经费资助。

相关链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.052302

(物理学院、科研部)

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