物理系肖志剛研究組發(fā)文首次揭示氘核的同位旋矢量極化效應(yīng)

　　清華新聞網(wǎng)11月25日電 清華大學(xué)物理系肖志剛研究小組和廣西師范大學(xué)歐立教授等人合作，在物理學(xué)國(guó)際權(quán)威雜志《物理評(píng)論快報(bào)》 （Physical Review Letters）上發(fā)表《氘核的動(dòng)力學(xué)同位旋矢量取向與核對(duì)稱(chēng)能探針》（Dynamic Isovector Reorientation of Deuteron as a Probe to Nuclear Symmetry Energy），首次揭示氘原子核與重靶核散射中一種新的可觀(guān)測(cè)極化效應(yīng)，即同位旋矢量極化效應(yīng)。這一新效應(yīng)的提出，為人們觀(guān)測(cè)核力對(duì)質(zhì)子和中子作用的輕微差異提供一種新的敏感探針，將有助于解決一直以來(lái)懸而未決的、亞飽和密度區(qū)核物質(zhì)對(duì)稱(chēng)能的密度依賴(lài)問(wèn)題。物理系肖志剛為本文通訊作者，廣西師范大學(xué)歐立為本文第一作者。

氘核經(jīng)過(guò)靶核附近時(shí)發(fā)生同位旋矢量極化效應(yīng)示意圖。

　　強(qiáng)相互作用是自然界的一種基本相互作用。核力作為強(qiáng)相互作用的一個(gè)具體表現(xiàn)，將質(zhì)子和中子束縛成一個(gè)整體，形成各種各樣的原子核。核力的電荷無(wú)關(guān)性，即它對(duì)中子和質(zhì)子而言是等價(jià)的，起源于強(qiáng)相互作用的味道無(wú)關(guān)性。然而，由于u、d夸克存在質(zhì)量及其輕微差異，這一對(duì)稱(chēng)性是近似的。事實(shí)上，中子和質(zhì)子所受到的核力作用存在微小差異，由核勢(shì)中的同位旋矢量勢(shì)部分給出。這部分核勢(shì)對(duì)質(zhì)子吸引，而對(duì)中子排斥。定量描述依賴(lài)于核物質(zhì)密度的同位旋矢量勢(shì)，對(duì)于人們正確理解奇異核結(jié)構(gòu)與反應(yīng)、中子星的性質(zhì)及其演化行為至關(guān)重要，成為近年來(lái)核物理和天體物理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　氘核包含一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，質(zhì)子帶正電而受到原子核的庫(kù)侖排斥，中子則沒(méi)有。因此容易理解，當(dāng)氘核在重核場(chǎng)中散射時(shí)，會(huì)出現(xiàn)極化效應(yīng)，即質(zhì)子遠(yuǎn)離靶核的中心。這一由庫(kù)侖作用導(dǎo)致的極化效應(yīng)由羅伯特`奧本海默和歐內(nèi)斯特`勞倫斯等人在1935年發(fā)現(xiàn)。類(lèi)似地，如果中子和質(zhì)子受到的同位旋矢量勢(shì)不同，氘核在核場(chǎng)中的散射也會(huì)出現(xiàn)所謂的“同位旋矢量極化”效應(yīng)。當(dāng)一個(gè)有固定取向的氘核進(jìn)入靶核的核勢(shì)場(chǎng)中時(shí)，作用在中子上的排斥核勢(shì)和作用在質(zhì)子上的吸引核勢(shì)就像一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩一樣，使得氘核瞬間發(fā)生額外的“轉(zhuǎn)動(dòng)”，并且在其后續(xù)的破裂過(guò)程中留下清晰的實(shí)驗(yàn)信號(hào)，如下圖所示。實(shí)驗(yàn)上捕捉這一信號(hào)，有助于觀(guān)測(cè)核力對(duì)質(zhì)子和中子作用的微小差異。

　　這一工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃以及中科院理論所國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目等課題資助。

　　原文鏈接： http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.212501

　　供稿：物理系  編輯：常 松