核物理突破：稳定和不稳定颗粒之间的强相互作用

时间：2021-11-09 07:52:02 来源：

利用来自欧洲核子研究中心大型强子对撞机ALICE检测器的碰撞数据，成功地测量了质子（右）与最稀有的超子之间的强相互作用，其中包含三个奇怪的夸克的欧米伽超子（左）。

高精度测量稳定和不稳定颗粒之间的强相互作用。

原子核中带正电的质子实际上应该相互排斥，甚至具有许多质子和中子的重核也可以相互粘结。所谓的强交互作用是造成这种情况的原因。劳拉·法比比蒂（Laura Fabbietti）教授及其在慕尼黑工业大学（TUM）的研究小组现已开发出一种方法，可以在日内瓦CERN的ALICE实验中利用粒子碰撞来精确测量强相互作用。

强烈的相互作用是物理学中的四个基本力之一。它主要负责由几个质子和中子组成的原子核的存在。质子和中子由较小的粒子组成，即所谓的夸克。而且它们之间也通过强大的交互作用保持在一起。

作为日内瓦CERN的ALICE（大型离子对撞机实验）项目的一部分，Laura Fabbietti教授及其慕尼黑工业大学的研究小组现在已经开发出一种方法，可以高精度地确定质子与超子之间作用的力不稳定的粒子，包括所谓的奇夸克。

这些测量不仅是核物理领域的开创性研究，而且是理解中子星的关键，中子星是我们宇宙中最神秘，最着迷的物体之一。

理论与实验的比较

当今核物理面临的最大挑战之一是，从第一原理出发，要理解具有不同夸克含量的粒子之间的强相互作用，即从传递相互作用力的粒子成分，夸克和胶子之间的强相互作用开始。

强相互作用的理论可以用来确定相互作用的强度。但是，这些计算不能为夸克上下的正常核子提供可靠的预测，而可以为包含重夸克的核子（例如包含一个或多个奇夸克的超子）提供可靠的预测。

确定强相互作用的实验非常困难，因为高子是不稳定的粒子，在生产后会迅速衰变。迄今为止，这一困难使理论与实验之间无法进行有意义的比较。劳拉·法比蒂（Laura Fabbietti）教授采用的研究方法现在为大型强子对撞机（LHC）的强大力动力学的高精度研究打开了一扇门。

即使是最稀有的超子也能测量强力

四年前，TUM的Dense和Strange Hadronic Matter教授Fabbietti教授提议采用一种称为femtoscopy的技术来研究ALICE实验中的强相互作用。该技术允许研究接近1英尺（10-15米）的质子的空间尺度（大约质子的大小）以及强力作用的空间范围。

同时，位于TUM的Fabbietti教授的团队不仅设法分析了大多数超子-核子组合的实验数据，还成功地测量了所有超子中最稀有的Omega（由三个奇怪的夸克组成）的强相互作用。此外，该小组还开发了自己的框架，该框架能够产生理论上的预测。

Fabbietti教授说：“我的TUM小组在大型强子对撞机上打开了核物理的新途径，其中涉及所有类型的夸克，在迄今为止从未有人发现过的地方达到了意外的精度，” Fabbietti教授说。现在在“自然”杂志上发表的著作仅展示了首次测得的许多相互作用中的一部分。

中子星是否包含超子？

了解超子与核子之间的相互作用对于检验中子星是否包含超子的假设也非常重要。粒子之间存在的力直接影响中子星的大小。

到目前为止，尚不知道质量与中子星半径之间的关系。因此，将来Fabbietti教授的工作还将帮助解决中子星的难题。

参考：ALICE协作组织“在大型强子对撞机中揭示强子之间的强相互作用”，2020年12月9日，Nature.DOI：
10.1038 / s41586-020-3001-6

这项合作ALICE（大型离子对撞机实验）吸引了来自30个国家/地区的100多家物理研究所的1000多名科学家。以下德国机构参与其中：波恩大学，法兰克福大学，GSI HelmholtzzentrumfürSchwerionenforschung，海德堡大学，明斯特大学，TUM，图宾根大学和Hochschule蠕虫。在德国，爱丽丝获得了BMBF和GSI HelmholtzzentrumfürSchwerionenforschung的资助。

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