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《自然》封面文章:STAR测到最强涡流,证实王新年及合作者的理论预言

时间:2017-08-07 11:00 来源:物理学院 作者:袁强 淦丽霞 编辑:曹世生 点击:
近日,RHIC-STAR合作组在美国布鲁克海文实验室的重离子碰撞实验中,通过夸克胶子等离子体“整体极化”观测到到自然界中最强涡旋,证实了我校教授和合作者首次提出的夸克胶子等离子体“整体极化”理论。
      (通讯员袁强 淦丽霞)近日,RHIC-STAR合作组在美国布鲁克海文实验室的重离子碰撞实验中,通过夸克胶子等离子体“整体极化”观测到自然界中最强涡旋,证实了我校教授和合作者首次提出的夸克胶子等离子体“整体极化”理论。该实验结果已作为封面文章发表在3日出版的《自然》杂志上(期刊号:Nature 548,62-65(03 August,2017))。
 

《Nature》封面
 
      该理论由我校王新年教授和山东大学梁作堂教授首次在《物理评论快报》上提出(2004年10月18日提交核理论档案库arXive:nucl-th/0410079,2004年10月25日提交《物理评论快报》,发表期刊号:Physics Review Letters 94, 102301(2005)),并以“整体极化”(Global polarization)作为专用名词来命名该现象。在过去的十几年中,这个理论被不断发展和完善,但在实验上一直未得到验证。经过实验科学家们的多年努力,这一现象终于在美国布鲁克海文实验室RHIC-STAR最新的实验中被观测到。
 

来自《Nature》的示意图

      RHIC-STAR合作组是由包括中国6个研究单位在内的14个国家的50多家科研单位组成。华中师范大学物理学院的粒子物理研究所是最早加入STAR的中国合作组成员。美国布鲁克海文实验室RHIC-STAR国际合作组现任发言人许长补教授认为,这一理论的提出和证实是近年来国际高能核物理领域里的最重要突破之一。
 
      物质由分子构成,分子由原子构成,原子由电子和原子核组成,而原子核中的质子和中子由更细微的夸克通过强作用力组成,这种强力作用通过胶子传递。通常情况下,夸克被约束在中子、质子内,无法独立存在。通过美国布鲁克海文国家实验室的相对论性重离子对撞机,科学家们让两个金原子核在接近光速下对撞,利用其对撞后产生的温度比太阳表面温度高出3亿多倍的条件,释放出夸克和胶子,从而获得“夸克胶子等离子体”。早期宇宙在最初大爆炸诞生之后的百万分之几秒内也是以“夸克胶子等离子体”的形式存在。作为一种新的物质形态,“夸克胶子等离子体”一直是近代科学家们最感兴趣的研究对象之一。

      关于他们的理论,王新年教授对本文解释道:“在非对心重离子碰撞中,两个原子核擦肩而过,形成的夸克胶子等离子体中自然会产生旋转或涡旋。这种涡旋就会使得其中有自转动的粒子在同一个方向旋转,就像漂浮在河水涡流中的陀螺一样,形成整体极化现象。”

      相对论量子流体是当代自然科学多学科交叉前沿领域,“整体极化”的发现为相对论量子流体性质的研究开启了新的窗口。王新年研究团队和合作者(前华师博后庞龙刚博士、中国科技大学王群教授和德国 H. Petersen教授)最近在夸克胶子等离子体的涡旋结构以及“局域极化”上又有新的发现(Physics Review Letters 117,192301(2016)),他们期待这些新的现象在不久的将来会得到实验的再一次验证。这将会进一步推动相对论量子流体这一研究领域的发展,帮助了解夸克胶子体深层次的、新的物理特性。
(注:文中图片选自《自然》杂志)

      范大学粒子物理研究所介:
      华中师范大学粒子物理研究所是国内最早致力于夸克物质物理与夸克物质信号探测的研究团队,是最早加入STAR的中国合作组成员,也是LHC-ALICE国际合作组的中国牵头单位。在学校长期持续的支持下,特别是近年来作为学校的“特区”建设予以政策倾斜和高强度的资金投入,研究团队发展势头迅猛。经过几代人的不懈努力和扎实工作,以及通过中组部千人计划先后引进了国际大型实验合作组STAR前负责人许怒和美国伯克利国家实验室核物理理论组前主任王新年等国际领军学者,培养和引进一批青年才俊(“杰青”王恩科、杨亚东;“青年千人”肖博文、秦广友、丁亨通、尹航;“优秀青年”张本威、陈绍龙),团队迅速成长,已发展成为特色鲜明、力量集中、队伍结构合理、国内外知名的高能核物理研究重镇,在高能核碰撞中的硬探针、集体运动,QCD相变临界点寻找和重味物理方面做出显著成果。


      王新年教授简介:
     
 
      王新年,华中师范大学粒子物理研究所所长,“千人计划”特聘教授,博士生导师。1989年获得美国俄勒冈大学物理系博士,后在美国洛伦兹伯克利(Lawrence Berkeley) 国家实验室和杜克大学做博士后工作。1992年开始至今受聘于洛伦兹伯克利国家实验室,1997年起为资深研究员。1999-2007任该实验室核理论室主任。 2010-2015任美国能源部喷注课题合作组(JET Collaboration)主任及共同发言人。 1999为华中师大特聘教授,2000-2004 山东大学“长江学者”讲座教授。2010 华中师范大学“千人计划”特聘教授。2013始为华中师大高能核物理国家“创新研究群体”牵头人。曾获得1991年度中国科学院自然科学二等奖(联合),2000年度中国自然科学基金委的海外杰出青年(B)。 2003 波兰国家教育部杰出合作奖(联合)。2002年当选为美国物理学会会士。2007-2009 Physical Review C 编委, 2001-至今 Int’l J Mod. Phys. E执行编辑, 2013-至今 Euro J Phys. A 联合编辑, 2008-至今中国科学:物理、力学和天文编委。多年来从事高能粒子和核物理的理论研究工作,至2017年6月止共发表论文232篇,总引用15700余次。 
 
 
      有关链接:
      科学圈:Nature 封面故事:STAR 国际合作组首次在实验中观测到超强涡旋【附专家点评】
      https://mp.weixin.qq.com/s/tKY7-jkR3Dqi6erDvlayug
 
      科学网:国际团队证实夸克胶子等离子体“整体极化”理论   
      http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/8/384240.shtm
 
      科学网:王新年等合作揭示亚原子“汤”中的旋涡结构  
      http://news.sciencenet.cn//htmlnews/2016/11/360848.shtm


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