Прорыв в исследованиях физики высоких энергий: китайская научная группа с использованием Большого адронного коллайдера в Европе выявила влияние геометрической формы атомного ядра

Опираясь на эксперимент ALICE (A Large Ion Collider Experiment) на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC) в Европе, научная группа под руководством исследователя Ли Сяомэй (Li Xiaomei) из Государственной ключевой лаборатории ядерных данных Китайского института атомной энергии (China Institute of Atomic Energy, CIAE) совместно с научной группой профессора Чжоу Ю (Zhou You) из Института Нильса Бора Копенгагенского университета (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen) в Дании развернула международное научное сотрудничество. Объединённая группа в системе столкновений лёгких ядер кислорода-16 (Oxygen-16, $^{16}\text{O}$) и неона-20 (Neon-20, $^{20}\text{Ne}$) достигла важного прогресса в изучении явления коллективного потока, обусловленного ядерной структурой, подтвердив, что пространственная геометрическая конфигурация атомного ядра может напрямую регулировать закономерности потока материи в высокоэнергетических ядерных столкновениях, что предоставляет ключевые экспериментальные ограничения для совершенствования теории релятивистских столкновений тяжёлых ионов и анализа микроскопической ядерной структуры.

Эксперименты по столкновению релятивистских ядер высоких энергий способны создавать кварк-глюонную плазму (Quark-Gluon Plasma, QGP) с высокой температурой и плотностью в экстремальных условиях, являясь идеальной платформой для моделирования эволюции состояния вещества ранней Вселенной и исследования фундаментальных взаимодействий внутри атомного ядра. После столкновения угловые распределения вылетающих частиц конечного состояния сохраняют информацию о начальной геометрии столкновения; в физическом сообществе для количественного анализа пространственного поведения эволюции повсеместно используется такая физическая величина, как анизотропный поток (Anisotropic flow).

На предыдущем этапе объединённая группа уже провела на базе эксперимента ALICE эксперимент по столкновению ксенона-129 (Xenon-129, $^{129}\text{Xe}$), извлечённые микроскопические параметры ядерной структуры хорошо согласуются с результатами измерений в области низкоэнергетической ядерной физики; одновременно исследователи с помощью модели многофазного транспорта (A Multi-Phase Transport model, AMPT) провели систематическое численное моделирование процессов столкновения свинца-208 (Lead-208, $^{208}\text{Pb}$) с кислородом-16 и неоном-20 соответственно, на теоретическом уровне обосновав механизм чувствительного отклика анизотропного потока на геометрическую конфигурацию атомного ядра; соответствующие работы ранее были последовательно опубликованы в журнале «Physics Letters B».

На этой основе объединённая группа продолжила экспериментальные измерения столкновений лёгких ядер кислорода-16 и неона-20. Результаты измерений показали, что благодаря уникальной вытянутой эллипсоидальной деформации ядра неона-20 анизотропные потоки, возникающие в двух системах столкновений, демонстрируют значительные физические различия, причём расчётные данные хорошо согласуются с теоретической микроскопической моделью, что убедительно подтверждает доминирующую роль геометрической конфигурации атомного ядра в формировании картины потока частиц конечного состояния и открывает эмпирический путь для проверки моделей кварковой структуры внутри ядра.

Результаты данного исследования под названием «Экспериментальные свидетельства анизотропного потока, обусловленного геометрической конфигурацией ядра, в столкновениях кислород—кислород и неон—неон» опубликованы в ведущем международном физическом журнале «Physical Review Letters» (PRL) и отобраны в качестве «Выбора редакции» (Editors' Suggestions). Данный результат был совместно выполнен младшим научным сотрудником Лу Чжиюном (Lu Zhiyong) из Института ядерной физики Китайского института атомной энергии, доктором Эмилем Гормом Дальбеком Нильсеном (Dr. Emil Gorm Dahlbaek Nielsen) и профессором Чжоу Ю из Института Нильса Бора и другими в качестве основных авторов-участников, а также получил финансовую поддержку Национальной программы ключевых исследований и разработок Китая (National Key R&D Program of China) и других национальных научно-технических специальных проектов.