中美印科學(xué)家確定從普通物質(zhì)到夸克物質(zhì)的相變溫度
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系2008級(jí)博士研究生羅曉峰與美國、印度科學(xué)家合作，在世界上確定了從強(qiáng)子物質(zhì)到夸克膠子等離子體的相變溫度約為175百萬電子伏特（相當(dāng)于2萬億攝氏度）。出版的《科學(xué)》雜志以“量子色動(dòng)力學(xué)相圖的標(biāo)度”為題，發(fā)表了他們的研究成果。羅曉峰為論文第二作者，是5位作者中*的學(xué)生，論文中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)分析由他完成。

　　羅曉峰說，宇宙初生時(shí)，億萬物質(zhì)是一鍋由自由的夸克和膠子組成的濃稠的“湯”，俗稱“夸克湯”，即夸克膠子等離子體。尋找夸克膠子等離子體存在的證據(jù)并研究其基本性質(zhì)，對(duì)研究早期宇宙具有重要意義。

　　在通常情況下，夸克和膠子被強(qiáng)相互作用力禁閉在強(qiáng)子中。強(qiáng)子是由夸克組成的粒子，包括重子（含三個(gè)夸克，如質(zhì)子和中子）和介子（含一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克）。通過對(duì)普通原子核“加熱”，有可能使強(qiáng)子“融化”從而形成由自由夸克和膠子組成的夸克膠子等離子體。2000年以來，科學(xué)家們利用美國布魯克海汶國家實(shí)驗(yàn)室中的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)（RHIC）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了一些夸克膠子等離子體形成的證據(jù)。但是從強(qiáng)子物質(zhì)到夸克膠子等離子體的相變溫度尚不清楚。

　　日前，RHIC對(duì)撞機(jī)將兩束金原子核加速到接近光速，使它們發(fā)生碰撞，形成了高能量密度和高溫的夸克膠子等離子體，冷卻后產(chǎn)生了大量粒子。中美印科學(xué)家組成的一個(gè)合作小組，分析研究了對(duì)撞機(jī)上STAR探測器采集到的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在世界上把測量到的凈質(zhì)子數(shù)（質(zhì)子數(shù)減去反質(zhì)子數(shù)）分布的高階漲落與格點(diǎn)量子色動(dòng)力學(xué)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，從實(shí)驗(yàn)上直接確定了重子數(shù)密度為零情況下，從強(qiáng)子物質(zhì)到夸克膠子等離子體的相變溫度。

　　該相變溫度是強(qiáng)相互作用物質(zhì)相圖的一個(gè)基本標(biāo)度（類比于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，100攝氏度是水的相圖一個(gè)基本標(biāo)度），對(duì)研究強(qiáng)相互作用物質(zhì)的整體性質(zhì)以及相變結(jié)構(gòu)有著重大的科學(xué)意義。STAR合作組發(fā)言人許怒研究員說，他們所采用的研究方法為定量研究重離子碰撞中產(chǎn)生的高溫高密物質(zhì)性質(zhì)開辟了新方向，也為量子色動(dòng)力學(xué)理論在大尺度和低動(dòng)量傳遞區(qū)域（即非微擾區(qū)域）的檢驗(yàn)提供了一種新途徑。

　　羅曉峰2006年在中國科大本科畢業(yè)后，作為碩博連讀生保送到本校近代物理系高能物理組，師從李澄教授攻讀博士學(xué)位，主要從事重離子碰撞物理及狀態(tài)方程研究，并于2009年2月至2011年4月在美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室作為聯(lián)合培養(yǎng)生，在研究員漢斯.蓋爾.瑞特和許怒（中科大77級(jí)校友）指導(dǎo)下完成了上述研究。羅曉峰在攻讀博士學(xué)位期間，在Phys. Rev. Lett., Phys. Lett. B, Phys. Rev. C，J. Phys. G等學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表多篇相關(guān)學(xué)術(shù)論文。

　　另外，中國科大近代物理系高能物理組為STAR實(shí)驗(yàn)研制的高時(shí)間分辨飛行時(shí)間（TOF）子探測器，大大提高了STAR探測器的粒子鑒別能力，在上贏得了較高的聲譽(yù)。

中美印科學(xué)家確定從普通物質(zhì)到夸克物質(zhì)的相變溫度