《相对论重离子碰撞中的反物质探测与夸克物质的强子谱学与集体性质研究》

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“相对论重离子碰撞中的反物质探测与夸克物质的强子谱学与集体性质研究”属核物理学科内重离子核反应领域。研究的重点是探测反物质原子核,研究高温高密的夸克物质的强子谱学特征与集体运动性质,是国际上核物理研究的重要前沿和热点课题之一。主要内容包括重离子碰撞中产生的反物质超核、反物质氦4的探测、夸克胶子等离子体(QGP)新物质的相变以及若干信号等方面,并为了实现以上物理目标开展了多气隙电阻板室的大型飞行时间探测器的研发等研究。该项目在相关的重离子碰撞的实验和理论上都作了深入、系统的研究。项目通过广泛的国内外合作,实验和理论研究紧密配合,在以上几个方面获得了一批具有重要科学价值、部分成果已达到国际领先水平的原创性的研究成果,对国际核物理研究的前沿领域:相对论重离子碰撞物理和反物质探测的发展具有十分重要的意义。其关键科技发现分两个方面。在探测器技术的重要发展上:在国内率先开展了研制精确测定时间的多气隙电阻板室(MRPC),其时间分辨率达到了国际先进水平;为RHIC-STAR实验组探测器的升级,高质量地完成了MRPC模块的大批量制作,严格的质量控制与规模化研制达到国际先进水平;利用MRPC技术研制成功的大型飞行时间探测器(TOF)成功安装在RHIC-STAR上,是国际上首次在大型对撞机实验上运行成功的基于MRPC技术的飞行时间谱仪。物理研究方面:1)发现了首个反物质超核-反超氚核:通过发展复杂的数据分析软件和细致的数据分析过程,在上亿次金原子核对撞的海量数据中通过重构反氦3和π介子的不变质量谱,探测到第一个反超核粒子,论文发表在SCIENCE上。反超核的发现打开了三维核素图的大门,该成果入选“2010年中国科学十大进展”。2)反氦4核的发现:通过STAR-TPC(时间投影室)和课题组研发的TOF,在十亿次的金-金碰撞中探测到了18个氦4核的反物质粒子。这种粒子是迄今为止所能探测到的最重的反物质原子核,成果发表在NATURE上。3)夸克物质的强子谱学和集体性质研究:借助于TOF和STAR其它探测器,发展了在STAR实验上鉴别高横向动量粒子的方法,提出了识别电子的新方法,并系统地测量了粲介子、奇异介子、质子等强子的微分截面分布函数,课题组的结果深化了人们对于高能核-核碰撞中粒子产生机制和喷注经过QGP淬火机制的认识。通过高能核-核碰撞中奇异强子集体性质的系统研究,发现了RHIC产生的物质已经建立起了奇异夸克自由度。以课题组为主的一系列实验成果多次发表在PRL等期刊上,该系列研究从多方面支持RHIC上已经形成了新物质形态-QGP。该项目所发表的20篇文章的他引1255次。相关工作在重要国际会议上报告100余次。培养出的一大批优秀的毕业生,其中三人次获中科院优秀博士论文奖,十一人次获中科院院长奖学金特别奖或优秀奖,两人次获得中科院卢嘉锡青年人才奖、一人次获得中国科学院青年科学家奖、一人次获得美国物理学会George E Valley 奖。

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