ALICE探测器在理解强子之间的相互作用方面迈出了新的一步

根据一项新研究，大型重离子对撞机实验(ALICE)合作组织首次观察到质子和phi介子之间的剩余强相互作用。在最近发表在《物理评论快报》上的一篇文章中，ALICE合作组织使用了一种被称为femtoscopy的方法来研究两个夸克和三个夸克粒子之间的剩余相互作用。通过这一测量，首次观察到了ɸ（phi）介子（奇怪的反奇异夸克）和质子（两个上夸克和一个下夸克）之间的相互作用。

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由于ɸ介子不带电，质子和ɸ之间的相互作用不可能是电磁性的，只能归因于剩余强相互作用。强相互作用是将强子（如质子和ɸ介子）内部的夸克固定在一起的原因，而残余强相互作用是作用于强子之间的力量。这是一种将质子和中子以原子核的形式固定在一起的相互作用。

与质子和中子之间的残余强相互作用不同，可以在原子核这样的稳定结合状态下进行研究，而在粒子对撞中产生的不稳定强子之间的相互作用则非常难以观察。在大型强子对撞机中，使用一种被称为femtoscopy的方法发现它是可能的。大型强子对撞中的强子彼此之间产生的距离非常近，大约为10^-15米。这一尺度与残余强力的范围相匹配，使强子在飞走之前有短暂的机会进行相互作用。因此，经历了吸引性相互作用的一对强子会稍微靠近对方，而对于排斥性相互作用，则会发生相反的情况。通过对测量的粒子相对速度的详细分析，可以清楚地观察到这两种效应。

对p-ɸ（质子-ɸ介子）相互作用的了解在核物理学中具有两方面的意义。首先，这种相互作用是寻找部分恢复手征对称性的一个锚点。作为强相互作用特征的手征对称性在自然界中被发现被打破，这种效应是造成质子和中子等强子的质量比构成它们的夸克的质量大得多的原因。因此，手征对称性与质量本身的起源有关! 寻找恢复手征对称性并揭示产生质量的机制的一个可能方法是研究在大型强子对撞中形成的致密核物质中ɸ介子的性质的改变。然而，为了这个目的，首先必须了解真空中简单的双体p-ɸ相互作用。

第二个兴趣点是，由于其奇怪的反奇异夸克的含量，ɸ介子被认为是重子（由三个夸克组成的强子）之间相互作用的可能载体，这些重子含有一个或多个奇异夸克，称为超子（Y）。根据这种相互作用的强度，超子可能形成中子星的核心，而中子星是密度最大、最不为人所知的天体。直接测量Y-ɸ相互作用的强度虽然可行，但还没有进行，但今天已经可以根据p-ɸ的发现，通过基本对称性来估计这个数量。因此，测量p-ɸ相互作用可以间接了解中子星的Y-Y相互作用。

ALICE测量到的适度的相互作用强度为进一步研究核介质内的ɸ特性提供了定量参考，同时也转化为中子星中超子之间可以忽略的相互作用。在即将到来的大型强子对撞机第3和第4次运行期间，将进行更精确的测量，使提取的参数的精度得到显著提高，也使直接确定Y-ɸ相互作用成为可能。

关键词： 科学探索 ALICE探测器在理解强子之间的相互作用方面迈出