中科大團隊在奇異粲介子研究中獲重要進展

科技日報合肥8月31日電 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校高能核物理課題組與美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）、華中師範大學等單位合作，在RHIC-STAR質心能量為200 GeV的重離子碰撞實驗中觀察到，奇異粲介子Ds與中性粲介子D0的產額比值相對於質子碰撞有顯著的增強。研究結果表明：宇宙大爆炸早期形成的極端高温高密的熱核物質——夸克膠子等離子體中，的確存在夸克與膠子的自由度，粲夸克與奇異夸克級聯是奇異粲介子Ds強子化的重要方式。研究成果日前發表在《物理評論快報》上。

宇宙大爆炸及其演化一直是人類探索自然的最基本科學問題之一。理論預言在宇宙大爆炸初期數微秒內會在有限的空間中積聚極大的能量，温度可達數萬億度。在這樣的極端高温高密條件下，被強相互作用禁閉在強子中的夸克與膠子將會獲得更大的自由度，從而使強子物質轉變為夸克膠子等離子體。高能重離子對撞機，將重離子加速到極高能量撞在一起，從而可以在實驗室中模擬宇宙大爆炸的情形。由於粲夸克很重，只能通過初始的硬散射過程產生，而在熱核介質中，極高的温度可以額外產生正反奇異夸克對，這就表現為奇異夸克的“丰度”增加。Ds由一個粲夸克與一個反奇異夸克組成，D0由粲夸克與反上夸克組成，兩者產額之比相較質子碰撞有顯著增強，驗證了這一物理圖像，同時也驗證了粲介子通過夸克溶合而成的強子化機制，是重離子碰撞中產生的熱密核物質具有部分子自由度的重要實驗證據。

中科大高能核物理課題組主導研製了基於MRPC的飛行時間探測器，極大拓展了STAR實驗上帶電粒子的鑑別能力；同時作為主要參加單位參與了基於MAPS 高分辨硅像素技術的重味徑跡探測器研製，精確測量了重味強子衰變頂點，在該實驗研究中發揮了關鍵作用。

該研究成果為人們理解粲夸克的集體運動性質和強子化過程提供了重要的實驗依據。