華大在線訊（通訊員 盛欣力）在高能重離子對撞實驗中，物質(zhì)會被加熱到極高溫度，形成一種由強相互作用主導(dǎo)的全新物態(tài)——夸克膠子等離子體（QGP）。如何探測 QGP 內(nèi)部強相互作用場（簡稱“強場”）的時空結(jié)構(gòu)，一直是高能核物理領(lǐng)域的重點難題。

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）、德國法蘭克福大學(xué)Dirk Rischke教授和我校王新年教授組成的團隊，提出了一種全新的可觀測量—“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 QGP 內(nèi)部的強場漲落強度提供了清晰的實驗途徑。相關(guān)研究作為封面文章發(fā)表于近期《物理評論快報》。（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)梁作堂教授就開創(chuàng)性地預(yù)言，非對心重離子碰撞的巨大的軌道角動量的一部分會轉(zhuǎn)移到 QGP中使其具有很強的整體的渦旋度。通過自旋-軌道耦合效應(yīng)，QGP 中的夸克會沿著系統(tǒng)角動量方向產(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 實驗組通過超子極化和矢量介子自旋取向的觀測所證實。

盡管宏觀旋轉(zhuǎn)機制很成功，但在微觀的夸克層面，實驗觀測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)）的信號幅度，遠大于經(jīng)典流體渦旋或電磁場機制所能給出的理論預(yù)期。為了解釋上述反常，團隊的部分研究人員前期提出了一種假設(shè)：除了宏觀層面的流體渦旋，QGP 內(nèi)部的強相互作用場還存在強烈的短程微觀漲落。這種漲落會誘導(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)致了實驗所觀測到的矢量介子自旋取向。然而，由于強場漲落與流體力學(xué)效應(yīng)疊加在一起，該機制是否占據(jù)主導(dǎo)地位，在理論和實驗上一直存在爭議。

為了徹底驗證“強場漲落”機制，研究團隊將目光轉(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)同樣存在由強場漲落主導(dǎo)的自旋關(guān)聯(lián)。

團隊基于相對論性 3+1 維粘性流體動力學(xué)模擬與夸克組合模型，對超子自旋關(guān)聯(lián)進行了系統(tǒng)定量的計算，并發(fā)現(xiàn)了一個獨特的現(xiàn)象：對同種超子（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)量級相同，但符號相反。

基于上述物理特征的顯著差異，研究團隊創(chuàng)新性地構(gòu)造了一個新的實驗觀測量——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）。這種類似差分測量的手段非常巧妙：通過兩者的相減，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），從而將微觀的“強場漲落效應(yīng)”以干凈的信號形式保留下來。這為后續(xù)對撞機實驗驗證自旋關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生機制、探測強場漲落提供了堅實的理論指導(dǎo)。

（審讀人：秦廣友）