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我校(xiao)STAR组在高能核(he)物(wu)理实验(yan)方面取(qu)得重要进展
来源:科研部 发布时间:2020-08-04 浏览次数:48

中(zhong)国科学(xue)技术大(da)学(xue)高能核物理(li)课题组与美国布鲁克海文(wen)国家(jia)实(shi)验室(shi)(BNL)和山东大(da)学(xue)等(deng)单(dan)位的联合研究团队(dui),在(zai)RHIC-STAR国际(ji)合作(zuo)组中(zhong)发(fa)挥重要(yao)作(zuo)用,首(shou)次在(zai)高能重离子碰(peng)撞过程中(zhong)观测到源自(zi)纯(chun)能量的物质(zhi)/反物质(zhi)对的产生,并发(fa)现该过程中(zhong)存在(zai)真空双折射的迹(ji)象,文(wen)章日前(qian)发(fa)表在(zai)《物理(li)评论快报》 Phys. Rev. Lett.127(2021) 52302。

我(wo)校近代物(wu)理系首任系主任赵忠尧先(xian)生是人类物(wu)理学史上第一(yi)个(ge)(ge)发现反物(wu)质(zhi)的(de)物(wu)理学家,并观(guan)测到(dao)正负电子对的(de)湮(yin)灭(mie)现象:e+ + e- →γ + γ。1934年,科(ke)学家布雷特(te)和惠勒(le)提出(chu)这个(ge)(ge)现象的(de)反过程(cheng),让两个(ge)(ge)光子通过撞击结(jie)合在一(yi)起,有可能(neng)变成(cheng)(cheng)物(wu)质(zhi),形成(cheng)(cheng)电子和正电子。这种把光变成(cheng)(cheng)物(wu)质(zhi)的(de)过程(cheng)是爱因斯坦质(zhi)能(neng)方程(cheng)E=mc2的(de)(de)(de)(de)直接反(fan)(fan)映(ying),表明能量和(he)质(zhi)量是(shi)可以(yi)相互转(zhuan)化的(de)(de)(de)(de)。长期以(yi)来,人们期望通(tong)过超强功(gong)率(lv)的(de)(de)(de)(de)激光(guang)(guang)碰撞来观(guan)(guan)测这(zhei)个(ge)(ge)过程(cheng),然而(er)两个(ge)(ge)光(guang)(guang)子(zi)发生(sheng)碰撞的(de)(de)(de)(de)概率(lv)非(fei)常(chang)低,其所(suo)需的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)低激光(guang)(guang)功(gong)率(lv)仍然比目前功(gong)率(lv)最(zui)(zui)高的(de)(de)(de)(de)激光(guang)(guang)系统要高几(ji)个(ge)(ge)数(shu)量级。在(zai)布(bu)(bu)雷(lei)特(te)和(he)惠勒(le)(le)提出(chu)这(zhei)个(ge)(ge)反(fan)(fan)应(ying)过程(cheng)时(shi),激光(guang)(guang)并没有被发明,他们提出(chu)可以(yi)通(tong)过加速重离子(zi)到相对(dui)(dui)论(lun)能区(qu)并碰撞来实现(xian)光(guang)(guang)生(sheng)物质(zhi)。RHIC-STAR的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)团(tuan)队利(li)用相对(dui)(dui)论(lun)重离子(zi)碰撞来寻找(zhao)布(bu)(bu)雷(lei)特(te)-惠勒(le)(le)的(de)(de)(de)(de)产(chan)生(sheng)过程(cheng),在(zai)海量数(shu)据中找(zhao)到6000多正负(fu)电(dian)子(zi)对(dui)(dui),通(tong)过分析这(zhei)些(xie)候选事(shi)例的(de)(de)(de)(de)配对(dui)(dui)质(zhi)量和(he)角分布(bu)(bu)以(yi)及与(yu)理论(lun)计算的(de)(de)(de)(de)比较,证实这(zhei)些(xie)正负(fu)电(dian)子(zi)对(dui)(dui)源自布(bu)(bu)雷(lei)特(te)-惠勒(le)(le)过程(cheng)。更(geng)进一步,该研究(jiu)团(tuan)队观(guan)(guan)测到正负(fu)电(dian)子(zi)对(dui)(dui)的(de)(de)(de)(de)角关联呈现(xian)4阶余弦(xian)振荡(dang),这(zhei)是(shi)真(zhen)空双折射现(xian)象的(de)(de)(de)(de)有力证据。

科(ke)大STAR研(yan)(yan)究团(tuan)队(dui),主导(dao)研(yan)(yan)制了基于MRPC的(de)飞(fei)行时间探测(ce)器,极大拓展了STAR实(shi)验(yan)上(shang)带电粒子(zi)(zi)的(de)鉴别能力,在(zai)该实(shi)验(yan)研(yan)(yan)究中发挥了关键作用。我(wo)校物理(li)学院教师(shi)查王妹在(zai)实(shi)验(yan)和理(li)论分(fen)析中做出了重(zhong)要贡献。RHIC-STAR是(shi)基于美国布(bu)鲁(lu)克(ke)海文国家实(shi)验(yan)室相对论重(zhong)离子(zi)(zi)对撞机(RHIC)上(shang)STAR实(shi)验(yan)的(de)大型(xing)国际合作组,由来自13个(ge)国家67个(ge)单(dan)位的(de)706多位科(ke)研(yan)(yan)人员组成。该项研(yan)(yan)究受到了国家自然科(ke)学基金委、科(ke)技部(bu)等单(dan)位的(de)经费(fei)资助(zhu)。

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(物理(li)学院、科研部)


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