CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2020年
超氚核与反超氚核质量和结合能的精确测量
刘鹏
Subtype博士
Thesis Advisor陈金辉
2020-06-01
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Keyword相对论重离子对撞 超氚核 反物质 CPT对称性 质量
Abstract极端相对论核+核对撞,如相对论重离子对撞机上的重离子对撞,产生一种包含几乎相等数量夸克和反夸克的高温高密物质形态,即夸克-胶子等离子体。夸克-胶子等离子态维持大约几个10-23秒后冷却并转变到一个较低温度状态,在此阶段其主要由介子、重子、原子核、超核等及其对应的反物质组成。因此极端相对论核+核对撞为研究涉及原子核、超核及其反物质的基础物理提供了绝佳的研究场所。本论文分析了相对论重离子对撞机上STAR探测器与其重味径迹探测器于2014年和2016年采集的每核子对撞能量为100 GeV的金+金对撞实验数据,通过正反超氚核的介子衰变道Λ3H→3He+π-(两体衰变)和Λ3H→d+p+π-(三体衰变)重构了正反超氚核的不变质量分布,并基于此测得超氚核与反超氚的质量分别为 2990.95±0.13(stat.)±0.11(syst.)MeV/c2 和 2990.60±0.28(stat.)±0.11(syst.)MeV/c2。正反超氚核质量的加权平均值(权重为统计误差平方的倒数)为2990.89±0.12(stat.)±0.11(syst.)MeV/c2。CPT理论认为所有物理过程在电荷共轭变换、宇称反射和时间反演的联合变化下具有不变性,并且预测物质与反物质具有完全相同的质量。尽管通过对比K介子正反粒子相对质量差别而验证的CPT对称性精度已经达到了10-19,但是以更高的精度更新历史测量或者在新的系统上验证CPT对称性对基础物理发展仍然具有十分重要的意义。基于本论文测量的正反超氚核质量,并结合最新正反氦3核质量差别、正反氘核质量差别,本论文得到了超氚核与反超氚核的相对质量差别,即:(0.1±2.0(stat.)±1.0(syst.))×10-4。另外,通过比较两体衰变道与三体衰变道所分别测得的正反超氚核质量差别,并结合最新正反氘核质量差别,本论文得到一个新的正反氦3核质量差别,即:(-1.5±2.6(stat.)±1.2(syst.))×10-4,该质量差别比目前最精确的实验测量精度高一个数量级。本论文测量的正反超氚核质量差别在误差范围内与0相吻合,并且测量精度比此前测量的与超氚核具有相同质量数的正反原子核质量差别精度高一个数量级,这是历史上首次在超核上以10-4精度验证CPT对称性。超子-核子相互作用对理解强相互作用具有重要意义,且理论上认为超子可能存在于中子星内部,因此超子-核子相互作用对理解中子星内部结构也具有十分重要的意义。超核作为一个天然的超子-核子相互作用系统,其A束缚能(BΛ)大小直接与超子-核子相互作用强度相关联。本论文回顾了近50前年对轻超核BA的测量。我们发现早期测量用到的粒子质量和原子核质量与现今用的最好的估计值之间存在差别。本论文通过对比过去和现在的质量差别,重新刻度了发表于1967年、1968年、1973年的轻超核BΛ的测量。结果显示重新刻度的BΛ值比原始值约大100 keV(除Λ6He外),这100 keV的增加对于轻超核,尤其对于超氚核的研究十分重要。尽管本论文重新刻度了历史上对轻超核的测量,但是很多文献认为早期实验测量仍然存在一个未知的系统误差,因此,利用现代测量技术对超核BA进行更为精确的测量意义重大。基于本论文测量的正反超氚核质量,我们获得了正反超氚核的A结合能BΛ,即:BA=0.41±0.12(stat.)±0.11(syst.)MeV。此结果在统计误差的 3.4σ上比0大,而早期的测量在误差范围内与0相吻合。此测量结果中心值比早期1973年的测量值大,这与早期把超氚核认为是一个弱束缚系统的理论预期不同。这说明我们的结果可能预示着超子-核子相互作用要比早期科学家所认为的强。这一新的结果将为超子-核子相互作用的研究提供更为严格的实验限制,同时对理解中子星内部结构也具有启发意义。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/32483
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2020年
Affiliation中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Recommended Citation
GB/T 7714
刘鹏. 超氚核与反超氚核质量和结合能的精确测量[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2020.
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