中國科學技術大學STAR組與美國布魯克海文國家實驗室等單位組成的聯合研究團隊在STAR國際合作組中發揮主導作用，精確測量了超高能原子核對撞中底夸克偶素的產生，并以此為探針研究了對撞產生的新物質形態——夸克膠子等離子體的特性。該研究成果以“Measurement of sequential Upsilon suppression in Au+Au collisions at 200 GeV with the STAR experiment”為題發表在《Physical Review Letters》上（Phys. Rev. Lett. 130, 112301 – Published 14 March 2023）。

圖1：夸克膠子等離子體中的底夸克偶素

超高能原子核對撞的主要目標是產生一種由夸克和膠子作為組分、強相互作用為主導的新物質形態——夸克膠子等離子體，并研究其特性。人們相信宇宙在大爆炸約百萬分之一秒后處于這種形態。對夸克膠子等離子體的特性研究可以幫助人們深入理解強相互作用的本質以及宇宙早期演化規律。

底夸克偶素(Upsilon)是由底夸克及其反夸克組成的束縛態，在超高能原子核碰撞中其產額與強相互作用的德拜屏蔽效應密切相關，是夸克膠子等離子體的幾個理想探針之一。由于它的產生概率非常低，實驗測量難度極大，依靠STAR實驗原有的探測器難以實現精確測量。針對該物理目標，中國科大STAR組自2005年開始為STAR研制大面積繆子探測器，2011年啟動探測器批量制作，2014年完成制作并全部安裝至STAR實驗中。該探測器在2014年與2016年采集了大量金核-金核對撞數據。中科大STAR組與其他單位合作，深入分析這些數據，完成了千億電子伏特對撞能區底夸克偶素基態及其激發態產額的最精確測量，并在該能區首次觀測到底夸克偶素“順次壓低”現象（具有不同束縛能的粒子被夸克膠子等離子體“熔解”的程度不同）。結果表明這一能區的金核-金核對撞中產生了夸克膠子等離子體，并且其達到的溫度足以熔解底夸克偶素激發態。

圖2：STAR實驗及繆子探測器

中科大STAR組孫勇杰副教授等在近十年的探測器研制過程中發揮了核心作用。在物理分析方面，唐澤波教授、查王妹副教授、王鵬飛同學等發揮了關鍵作用，為該STAR合作組文章的主要作者。王鵬飛的博士學位論文工作是該文章的核心組成部分。

STAR是基于美國布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機上STAR實驗的大型國際合作組，由來自14個國家71個單位的七百多位科研人員組成。該項研究受到了國家自然科學基金委、科技部等單位資助。

文章鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.112301

（物理學院、核探測與核電子學國家重點實驗室）