我国学者和以色列合作者提出反中子和超子研究的新途径

时间：2021-07-14 00:00:00 来源：网络整理

图1 利用J/y衰变产生反中子并与靶中的质子撞击示意图

在国家自然科学基金项目（批准号：11961141012、11835012、11521505）的资助下，中国科学院高能物理研究所苑长征研究员和以色列特拉维夫大学Marek Karliner教授提出了利用现有和未来计划的加速器产生反中子和超子等稀有粒子的新方法，研究成果以“超级J/ψ工厂作为反中子和超子聚宝盆实现下一代高精度核与粒子物理测量（Cornucopia of Antineutrons and Hyperons from a Super J/ψ Factory for Next-Generation Nuclear and particle physics High-precision Experiments）”为题，于2021年6月30日在线发表于《物理评论快报》（physical Review Letters），文章获得编辑推荐（Editors’ Suggestion），并在《物理》杂志配发题为“利用现有和未来装置产生反中子和超子”的推介文章（Synopsis in physics）。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/physRevLett.127.012003。

物理学家通过使用微小的亚原子“子弹”轰击研究对象来研究亚原子世界。根据这些“子弹”从目标弹回的方式，人们可以推断出有关目标结构的大量详细信息。利用这种方法，卢瑟福在100多年前发现了原子核。不同种类的亚原子“子弹”探测目标的不同方面，而将原子核结合在一起的力的某些重要方面只能通过发射称为反中子和超子的粒子来研究，但是这些粒子目前很难产生和控制。

研究显示，通过未来的“超级J/y工厂”可以产生大量的上述稀有粒子。正负电子对撞实验每年可以采集上万亿（1012）甚至百万亿J/y衰变，通过标定J/y衰变产生的反中子、超子和反超子并用来轰击安放在探测器中心附近的靶物质，可以研究从原子核到中子星结构相关的物理过程。这为粒子物理、核物理学以及天体物理学和医学物理学开辟了新的研究途径（图1）。

传统固定靶实验装置需要为不同的专用实验产生特定种类的粒子源，并且需要共享加速器时间、耗费大量的人力和资金，因此实验研究进展缓慢。相比之下，苑长征研究员和Marek Karliner教授提出的方法将允许同时使用不同粒子源进行实验，不需要额外的基础设施建设，这将大大推进实验研究。

作为可行性研究，文章还计算了在现有北京谱仪III（BESIII）实验上研究反中子和超子与探测器物质相互作用的产额。部分研究成果已经应用到BESIII采集的100亿J/y事例和30亿y(2S)事例的首次实验测量上，扩展了BESIII的物理研究领域。

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