Naukowcy odnotowują intensywne unoszenie się masy jąder

Naukowcy z Instytutu Fizyki Nowoczesnej (IMP) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) i ich współpracownicy w eksperymencie RHIC-STAR po raz pierwszy zaobserwowali zbiorowy strumień hiperjąder w zderzeniach ciężkich jonów. Osiągnięcie to wyznacza nowy kierunek badań interakcji hiperon-nukleon (YN) w środowiskach gęstej materii jądrowej. Badanie zostało opublikowane w Fizyczne listy przeglądowe 24 maja.

Hiperony to bariony zawierające kwarki dziwne, podczas gdy nukleony (protony lub neutrony) zawierają kwarki górne i dolne (d). Hiperony i nukleony mogą tworzyć stany połączone, które nazywane są „hiperjądrami”. Teoretyczne przewidywania wskazują na obecność hiperonów we wnętrzach gwiazd neutronowych, które są zwartymi gwiazdami powstałymi podczas zapadania się masywnych gwiazd. Jednak pojawienie się hiperonów rozluźnia równanie stanu materii jądrowej, a tym samym stawia wyzwania przed teoretyczną konstrukcją masywnych gwiazd neutronowych. Jest to znane jako „łamigłówka hiperonowa” w badaniach gwiazd neutronowych.

Eksperymentalne wyodrębnienie siły oddziaływania YN w gęstym ośrodku jądrowym jest niezbędne do rozwiązania „łamigłówki hiperonowej”. Tymczasem ma to ogromne znaczenie dla zrozumienia teorii oddziaływań silnych, czyli chromodynamiki kwantowej (QCD). Hiperjądrowy przepływ masowy można wykorzystać do wyodrębnienia interakcji YN w gęstym materiale jądrowym i rozwiązania „łamigłówki hiperonowej”.

Zderzenia wysokoenergetycznych ciężkich jonów są unikalnym narzędziem do badania właściwości gęstej materii jądrowej w laboratorium. W zderzeniach ciężkich jonów, ze względu na gradient ciśnienia gęstego materiału jądrowego, cząstki wykazują przepływ masowy, taki jak przepływ ukierunkowany i przepływ eliptyczny. W eksperymentach naukowcy zaobserwowali zbiorowy przepływ mezonów, barionów i lekkich jąder. Jednakże, ponieważ produkcja hiperjąder jest rzadka, brakowało danych eksperymentalnych dotyczących strumienia masy hiperjąder.

Ten eksperyment badawczy przeprowadzono w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów (RHIC) w Brookhaven National Laboratory w Stanach Zjednoczonych. W oparciu o dane kolizji 3 GeV Au-Au z Solenoidal Tracker w eksperymencie RHIC (STAR), naukowcy zrekonstruowali około 8400 hipertetonów (czyli hiperjąder składających się z hiperonu Λ, protonu i neutronu) i około 5200 atomów wodoru -4 hipernukleonów (tj. składających się z hiperonu Λ, protonu i dwóch neutronów). Jest to największa próbka danych statystycznych dotyczących hipertrytonów i jąder hiper-wodoru-4, jakie do tej pory zaobserwowano eksperymentalnie.

Naukowcy po raz pierwszy zauważyli, że te hiperjądra mają duży ukierunkowany strumień. Wyodrębnili również zbocza ukierunkowanego strumienia dla hiperjąder i lekkich jąder w obszarze średniej prędkości. Odkryli, że nachylenia jąder lekkich i hiperjąder odpowiadają podobnej skali liczb masowych, co sugeruje, że wytwarzanie hiperjąder i lekkich jąder w zderzeniach ciężkich jonów można wytłumaczyć „procesem koalicji”.

Ta praca przedstawia nowy kierunek badań interakcji Y-N pod skończonym ciśnieniem, co jest ważne dla powiązania zderzeń jądrowych z równaniem stanu rządzącym wewnętrzną strukturą gwiazd zwartych.

STAR to międzynarodowa eksperymentalna współpraca w RHIC, składająca się z ponad 700 badaczy w 71 instytucjach w 14 krajach. Pracami tymi kierował zespół profesora ZHANG Yapeng z IMP. Głównymi autorami tego badania są jego współpracownicy HU Chenlu (doktorant), dr H.E. Xionghong i ZHAO Fengyi (doktorant), wszyscy z IMP, a także dr DONG Xin, dr JI Yuanjing i dr LEUNG Yue -Hang, wszyscy z Lawrence Berkeley National Laboratory w Stanach Zjednoczonych