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科研进展

2023年03月14日
中科大STAR组在底夸克偶素测量方面取得重要进展

中国科学技术大学STAR组与美国布鲁克海文国家实验室等单位组成的联合研究团队在STAR国际合作组中发挥主导作用,精确测量了超高能原子核对撞中底夸克偶素的产生,并以此为探针研究了对撞产生的新物质形态——夸克胶子等离子体的特性。该研究成果以“Measurement of sequential Upsilon suppression in Au+Au collisions at 200 GeV with the STAR experiment”为题发表在《Physical Review Letters》上(Phys. Rev. Lett. 130, 112301 – Published 14 March 2023)。

图1:夸克胶子等离子体中的底夸克偶素

超高能原子核对撞的主要目标是产生一种由夸克和胶子作为组分、强相互作用为主导的新物质形态——夸克胶子等离子体,并研究其特性。人们相信宇宙在大爆炸约百万分之一秒后处于这种形态。对夸克胶子等离子体的特性研究可以帮助人们深入理解强相互作用的本质以及宇宙早期演化规律。

底夸克偶素(Upsilon)是由底夸克及其反夸克组成的束缚态,在超高能原子核碰撞中其产额与强相互作用的德拜屏蔽效应密切相关,是夸克胶子等离子体的几个理想探针之一。由于它的产生概率非常低,实验测量难度极大,依靠STAR实验原有的探测器难以实现精确测量。针对该物理目标,中国科大STAR组自2005年开始为STAR研制大面积缪子探测器,2011年启动探测器批量制作,2014年完成制作并全部安装至STAR实验中。该探测器在2014年与2016年采集了大量金核-金核对撞数据。中科大STAR组与其他单位合作,深入分析这些数据,完成了千亿电子伏特对撞能区底夸克偶素基态及其激发态产额的最精确测量,并在该能区首次观测到底夸克偶素“顺次压低”现象(具有不同束缚能的粒子被夸克胶子等离子体“熔解”的程度不同)。结果表明这一能区的金核-金核对撞中产生了夸克胶子等离子体,并且其达到的温度足以熔解底夸克偶素激发态。

图2:STAR实验及缪子探测器

中科大STAR组孙勇杰副教授等在近十年的探测器研制过程中发挥了核心作用。在物理分析方面,唐泽波教授、查王妹副教授、王鹏飞同学等发挥了关键作用,为该STAR合作组文章的主要作者。王鹏飞的博士学位论文工作是该文章的核心组成部分。

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上STAR实验的大型国际合作组,由来自14个国家71个单位的七百多位科研人员组成。该项研究受到了国家自然科学基金委、科技部等单位资助。

文章链接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.112301

(物理学院、核探测与核电子学国家重点实验室)

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