中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)STAR組與美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室等單位組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在STAR國際合作組中發(fā)揮主導(dǎo)作用，精確測(cè)量了超高能原子核對(duì)撞中底夸克偶素的產(chǎn)生，并以此為探針研究了對(duì)撞產(chǎn)生的新物質(zhì)形態(tài)——夸克膠子等離子體的特性。該研究成果以“Measurement of sequential Upsilon suppression in Au+Au collisions at 200 GeV with the STAR experiment”為題發(fā)表在《Physical Review Letters》上（Phys. Rev. Lett. 130, 112301 – Published 14 March 2023）。

圖1：夸克膠子等離子體中的底夸克偶素

超高能原子核對(duì)撞的主要目標(biāo)是產(chǎn)生一種由夸克和膠子作為組分、強(qiáng)相互作用為主導(dǎo)的新物質(zhì)形態(tài)——夸克膠子等離子體，并研究其特性。人們相信宇宙在大爆炸約百萬分之一秒后處于這種形態(tài)。對(duì)夸克膠子等離子體的特性研究可以幫助人們深入理解強(qiáng)相互作用的本質(zhì)以及宇宙早期演化規(guī)律。

底夸克偶素(Upsilon)是由底夸克及其反夸克組成的束縛態(tài)，在超高能原子核碰撞中其產(chǎn)額與強(qiáng)相互作用的德拜屏蔽效應(yīng)密切相關(guān)，是夸克膠子等離子體的幾個(gè)理想探針之一。由于它的產(chǎn)生概率非常低，實(shí)驗(yàn)測(cè)量難度極大，依靠STAR實(shí)驗(yàn)原有的探測(cè)器難以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。針對(duì)該物理目標(biāo)，中國科大STAR組自2005年開始為STAR研制大面積繆子探測(cè)器，2011年啟動(dòng)探測(cè)器批量制作，2014年完成制作并全部安裝至STAR實(shí)驗(yàn)中。該探測(cè)器在2014年與2016年采集了大量金核-金核對(duì)撞數(shù)據(jù)。中科大STAR組與其他單位合作，深入分析這些數(shù)據(jù)，完成了千億電子伏特對(duì)撞能區(qū)底夸克偶素基態(tài)及其激發(fā)態(tài)產(chǎn)額的最精確測(cè)量，并在該能區(qū)首次觀測(cè)到底夸克偶素“順次壓低”現(xiàn)象（具有不同束縛能的粒子被夸克膠子等離子體“熔解”的程度不同）。結(jié)果表明這一能區(qū)的金核-金核對(duì)撞中產(chǎn)生了夸克膠子等離子體，并且其達(dá)到的溫度足以熔解底夸克偶素激發(fā)態(tài)。

圖2：STAR實(shí)驗(yàn)及繆子探測(cè)器

中科大STAR組孫勇杰副教授等在近十年的探測(cè)器研制過程中發(fā)揮了核心作用。在物理分析方面，唐澤波教授、查王妹副教授、王鵬飛同學(xué)等發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為該STAR合作組文章的主要作者。王鵬飛的博士學(xué)位論文工作是該文章的核心組成部分。

STAR是基于美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)上STAR實(shí)驗(yàn)的大型國際合作組，由來自14個(gè)國家71個(gè)單位的七百多位科研人員組成。該項(xiàng)研究受到了國家自然科學(xué)基金委、科技部等單位資助。

文章鏈接：

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

（物理學(xué)院、核探測(cè)與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）