我校高能重离子实验团队参与STAR合作组重要研究成果在《科学》发表

华大在线讯（通讯员 王棣）近日，国际大型重离子实验STAR合作组在强相互作用物质基本性质研究方面取得重要进展。华中师范大学与美国肯特州立大学、布鲁克海文国家实验室、中国科学技术大学等单位合作，利用美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机（RHIC）的高能核碰撞数据，对“重子数究竟由夸克还是胶子携带”这一基础物理问题开展实验研究。相关成果以“Tracking the baryon number with nuclear collisions”为题，于2026年8月14日发表于《科学》（Science）杂志。华中师范大学物理科学与技术学院罗晓峰教授及其博士研究生刘慧（现任湖州师范大学教师）是该项工作的主要贡献者之一。

在传统朴素夸克模型中，质子或中子的重子数被认为平均分配给三个价夸克，但量子色动力学表明，重子内部还包含复杂的胶子场。理论上，三个价夸克可通过一种Y形胶子拓扑结构连接，形成“重子结”（baryon junction）。一种重要猜想认为，真正携带和输运重子数的可能并非价夸克本身，而是这种胶子拓扑结构。

图1重子数的两种可能载体及其在高能碰撞中的输运机制示意图（上：价夸克；下：重子结）

STAR合作组分析了RHIC上每核子对质心能量为200 GeV的钌-96和锆-96同质异位素碰撞数据。两种原子核质量数相同、质子数不同，因此总重子数相同而电荷不同，为比较电荷与重子数输运提供了独特条件。实验发现，碰撞中心快度区的重子数输运明显强于由电荷输运推断出的价夸克输运，难以用价夸克“阻停”机制单独解释。合作组进一步研究光子与金核的光致核反应，测得的净质子快度分布同样与包含重子结机制的理论预期相符。两类独立观测相互印证，为重子数主要通过Y形胶子拓扑结构携带和输运提供了重要实验证据。

华中师大团队在净重子数重建中发挥了重要作用。由于中子和反中子不带电，难以被STAR中央探测器直接测量，研究团队利用质子、反质子以及氘核、反氘核的产生信息重建中子和反中子产额。刘慧博士在罗晓峰教授指导下完成了200 GeV钌-96和锆-96碰撞中质子、氘核及其他轻核产生的系统测量，相关结果为此次净重子数重建提供了重要实验输入。

该研究表明，仅将重子视为三个价夸克的简单组合可能并不完整，连接夸克的胶子场及其非微扰拓扑结构可能参与定义和传递重子的基本量子数。该成果为理解量子色动力学非微扰性质、强子内部结构及高能核碰撞中的重子数输运提供了新的实验依据。华中师范大学是STAR国际合作组的重要成员单位，学院团队长期围绕QCD相结构、守恒荷涨落、轻核与超核产生、粒子关联及强子相互作用等前沿方向开展研究。该工作得到国家自然科学基金及科技部项目资助。

文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads5962

（审读人：赵蕴杰）