近期，中國科學院近代物理研究所雍高產(chǎn)研究員團隊提出了探測超子勢的新方法，為探索“中子星超子謎題”提供了新思路。相關研究成果發(fā)表于《物理快報B》（Physics Letters B）和《物理評論C》（Physical Review C）。

超子勢（超子與核子之間的相互作用勢）的研究近年來成為核物理與天體物理交叉領域的前沿熱點，其核心目標在于破解困擾學界十余年的“中子星超子謎題”。傳統(tǒng)理論認為，中子星內(nèi)部在極高密度下會產(chǎn)生大量含奇異夸克的超子（如Λ粒子），這些粒子的出現(xiàn)會顯著軟化物質(zhì)的狀態(tài)方程，導致中子星最大質(zhì)量降低。然而天文觀測卻接連發(fā)現(xiàn)質(zhì)量接近甚至超過兩倍太陽質(zhì)量的中子星，這與理論預測形成了矛盾。

目前認為，超子勢的密度依賴性可能是解開謎題的關鍵：若高密度下超子勢呈現(xiàn)更強排斥性，便可能抵消狀態(tài)方程的軟化效應，從而允許大質(zhì)量中子星存在。當前,基于重離子碰撞實驗探測超子勢是約束高密超子勢的有效手段。然而，常規(guī)重離子碰撞中，超子多為碰撞后產(chǎn)生的次級粒子，其行為受到強子化過程、非彈性散射等多重因素影響，信號容易被背景噪聲淹沒。

針對上述問題，近代物理所科研人員提出了一種新的實驗設計方案，可排除次級粒子的干擾。該方案使用超核（含Λ超子的原子核）作為炮彈轟擊普通原子核，并選擇400 MeV的實驗室能量（低于Λ超子產(chǎn)生閾值），以確保所有觀測到的Λ超子均來自炮彈超核的“原生”成分，而非在碰撞過程中生成。通過分析計算Λ超子的橢圓流，研究者發(fā)現(xiàn)在負快度區(qū)域（對應碰撞壓縮階段的高密度區(qū)），橢圓流強度對高密超子勢異常敏感；而在正快度區(qū)域（對應飽和密度附近），橢圓流強度則可反映較低密度的超子勢強度。該方法可實現(xiàn)從實驗室數(shù)據(jù)中直接提取不同密度區(qū)間的超子勢強度參數(shù)。

此外，針對在我國低溫高密核物質(zhì)測量譜儀（CEE）上即將開展的碳碳反應研究，科研人員通過模擬該反應在不同能量下的碰撞，分析了輕超氚生成機制。研究發(fā)現(xiàn)，在低于Λ產(chǎn)生閾值的1.1 GeV能量下，超氚主要形成于高密度壓縮區(qū)，其產(chǎn)額對高密度超子勢變化敏感；而當能量升至1.9 GeV時，超氚更多產(chǎn)生于低密度旁觀者區(qū)，此時產(chǎn)額反映低密度超子勢的影響。值得注意的是，輕超氚產(chǎn)額對超子勢的敏感度明顯大于其對核物質(zhì)狀態(tài)方程的依賴，這為解決“物態(tài)方程-超子勢耦合難題”提供了新見解。

該工作得到了國家自然科學基金委和中國科學院青年團隊計劃項目的支持。

左圖：超核-原子核碰撞中的超子橢圓流隨橫動量的變化情況。上窗口對應負快度，下窗口對應正快度。圖中展示了不同重子散射截面、不同物態(tài)方程、超子勢的不同密度區(qū)間，以及不同的反應系統(tǒng)對超子橢圓流的影響。右圖：碳碳碰撞中的輕超核產(chǎn)生的快度分布。上窗口對應1.1 GeV每核子束流能的情況，下窗口對應的是1.9 GeV情況。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.139549

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.111.054617

（理論物理室?? 供稿）