近期，RHIC-STAR 国际实验合作组首次在氘核-金核超周边重离子碰撞中测量了光子-原子核散射过程中的J/psi粒子产生，提出探测氘核(由一个质子和一个中子组成)内部胶子结构的新方法。这项工作由我校量子物质研究院的杨帅研究员和美国布鲁克海文国家实验室的涂周顿明研究员（毕业于华南师大附中）等人组成的研究团队完成。该成果于3月24日以“Probing the Gluonic Structure of the Deuteron with J/psi Photoproduction in d + Au Ultraperipheral Collisions”为题发表在《物理评论快报》上【Phys. Rev. Lett. 128 (2022) 122303】。
胶子是强相互作用（四种基本相互作用之一）的载体，是把夸克禁闭在强子内部的深层原因，并把质子和中子结合在一起形成原子核。在氘核-金核超周边碰撞中（碰撞参数大于两个碰撞核半径之和，两碰撞核没有物理接触），接近光速的金原子核产生超强电磁场，由于洛伦兹收缩效应，该电磁场可等效为准实光子。在这种特殊的氘核-金核碰撞中，金核产生的光子和氘核内的胶子相互作用产生J/psi粒子。其中，光子的作用类似X射线，让人们第一次看到氘核内胶子的排布方式。以夸克和胶子为自由度研究核子的结构是当今粒子物理和高能核物理的前沿问题之一，也是正在推进的下一代核物理大科学装置-电子离子对撞机的核心科学目标之一。
此外，在光子与氘核内胶子相互作用产生J/psi粒子的同时，还会给氘核一个动量转移，使其分解成一个自由的质子和中子。在本研究中，我们利用中子标定的方法研究上述氘核的碎裂过程，加深人们理解胶子在质子和中子相互作用中扮演的角色。本研究为探索原子核内胶子的动力学提供了一个新的途径。
RHIC-STAR实验由来自15个国家和地区70个单位的730多位科研人员组成，该工作是我校于2021年10月正式加入STAR合作组以来发表的第一个代表性成果。该研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目、国家自然科学基金等经费的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.122303
学校新闻网报道链接：https://news.scnu.edu.cn/49871
刊出页面
利用高能金原子核产生的光子探测氘核内胶子的结构（图片来自布鲁克海文国家实验室）
作者/通讯员:杨帅 | 来源:量子物质研究院