華大在線(xiàn)訊（通訊員 盛欣力）在高能重離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)中，物質(zhì)會(huì)被加熱到極高溫度，形成一種由強(qiáng)相互作用主導(dǎo)的全新物態(tài)——夸克膠子等離子體（QGP）。如何探測(cè) QGP 內(nèi)部強(qiáng)相互作用場(chǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“強(qiáng)場(chǎng)”）的時(shí)空結(jié)構(gòu)，一直是高能核物理領(lǐng)域的重點(diǎn)難題。

近日，由意大利佛羅倫薩大學(xué)盛欣力博士后(前華中師范大學(xué)博后)、加拿大麥吉爾大學(xué)吳祥宇博士后（華中師范大學(xué)博士畢業(yè)生）、德國(guó)法蘭克福大學(xué)Dirk Rischke教授和我校王新年教授組成的團(tuán)隊(duì)，提出了一種全新的可觀(guān)測(cè)量—“超子凈自旋關(guān)聯(lián)”。該指標(biāo)能夠有效去除流體力學(xué)背景，首次為定量探測(cè) QGP 內(nèi)部的強(qiáng)場(chǎng)漲落強(qiáng)度提供了清晰的實(shí)驗(yàn)途徑。相關(guān)研究作為封面文章發(fā)表于近期《物理評(píng)論快報(bào)》。（相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/z5kk-98my）

早在2004年，王新年教授和山東大學(xué)梁作堂教授就開(kāi)創(chuàng)性地預(yù)言，非對(duì)心重離子碰撞的巨大的軌道角動(dòng)量的一部分會(huì)轉(zhuǎn)移到 QGP中使其具有很強(qiáng)的整體的渦旋度。通過(guò)自旋-軌道耦合效應(yīng)，QGP 中的夸克會(huì)沿著系統(tǒng)角動(dòng)量方向產(chǎn)生整體的自旋極化。這一“流體渦旋導(dǎo)致極化”的現(xiàn)象，已在2017年和2023年被 STAR 實(shí)驗(yàn)組通過(guò)超子極化和矢量介子自旋取向的觀(guān)測(cè)所證實(shí)。

盡管宏觀(guān)旋轉(zhuǎn)機(jī)制很成功，但在微觀(guān)的夸克層面，實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)到的矢量介子自旋取向（取決于其內(nèi)部夸克與反夸克的自旋關(guān)聯(lián)）的信號(hào)幅度，遠(yuǎn)大于經(jīng)典流體渦旋或電磁場(chǎng)機(jī)制所能給出的理論預(yù)期。為了解釋上述反常，團(tuán)隊(duì)的部分研究人員前期提出了一種假設(shè)：除了宏觀(guān)層面的流體渦旋，QGP 內(nèi)部的強(qiáng)相互作用場(chǎng)還存在強(qiáng)烈的短程微觀(guān)漲落。這種漲落會(huì)誘導(dǎo)空間上相近的夸克之間產(chǎn)生額外的自旋關(guān)聯(lián)，從而導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)所觀(guān)測(cè)到的矢量介子自旋取向。然而，由于強(qiáng)場(chǎng)漲落與流體力學(xué)效應(yīng)疊加在一起，該機(jī)制是否占據(jù)主導(dǎo)地位，在理論和實(shí)驗(yàn)上一直存在爭(zhēng)議。

為了徹底驗(yàn)證“強(qiáng)場(chǎng)漲落”機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向了超子（Hyperon）系統(tǒng)。由于超子自旋極化和矢量介子自旋取向在夸克層面具有統(tǒng)一的物理起源，超子之間理應(yīng)同樣存在由強(qiáng)場(chǎng)漲落主導(dǎo)的自旋關(guān)聯(lián)。

團(tuán)隊(duì)基于相對(duì)論性 3+1 維粘性流體動(dòng)力學(xué)模擬與夸克組合模型，對(duì)超子自旋關(guān)聯(lián)進(jìn)行了系統(tǒng)定量的計(jì)算，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的現(xiàn)象：對(duì)同種超子（Λ-Λ）和反超子（反Λ-反Λ）產(chǎn)生的自旋關(guān)聯(lián)影響幾乎一致。而異種超子（Λ-反Λ）產(chǎn)生的自旋關(guān)聯(lián)量級(jí)相同，但符號(hào)相反。

基于上述物理特征的顯著差異，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地構(gòu)造了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)量——凈自旋關(guān)聯(lián)（定義為：同種超子自旋關(guān)聯(lián) 與 異種超子自旋關(guān)聯(lián) 之差）。這種類(lèi)似差分測(cè)量的手段非常巧妙：通過(guò)兩者的相減，能夠完美地相互抵消、剔除掉占據(jù)大頭的流體力學(xué)渦旋效應(yīng)（背景），從而將微觀(guān)的“強(qiáng)場(chǎng)漲落效應(yīng)”以干凈的信號(hào)形式保留下來(lái)。這為后續(xù)對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自旋關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生機(jī)制、探測(cè)強(qiáng)場(chǎng)漲落提供了堅(jiān)實(shí)的理論指導(dǎo)。

（審讀人：秦廣友）