近日，山东大学star实验团队与来自日本筑波大学和韦恩州立大学的科研人员合作，通过精确测量同质异位素钌 钌（ru ru）和锆 锆（zr zr）碰撞中λ超子的局域极化，研究了重离子碰撞中由局域涡旋产生的自旋极化效应。该研究成果以“hyperon polarization along the beam direction relative to the second and third harmonic event planes in isobar collisions atsqrt(snn) = 200 gev”为题于11月14日发表在《物理评论快报》上（phys.rev.lett.131, 202301(2003)）。
非对心重离子碰撞中的自旋极化效应，由山东大学梁作堂教授与合作者王新年教授于2004年首次提出，并于2017年由rhic-star国际合作组在实验上证实，该测量结果作为封面文章发表在《自然》（nature）期刊，引起领域内的广泛关注。对夸克物质自旋效应的研究成为高能核物理新的研究方向。重离子碰撞中由于集体流效应造成的局域涡旋是否也导致末态超子的极化效应成为热门研究课题之一。此前，star实验在金 金（au au）碰撞中观测到了由系统椭圆流对应的超子局域极化。那么是否存在更高阶集体流导致的局域极化呢？超子的局域极化是否存在碰撞系统依赖？针对这些科学问题，star实验团队利用2018年采集的高统计量ru ru和zr zr碰撞数据，分别测量了λ超子相对于二阶事例平面和三阶事例平面的局域极化。
图1 重离子碰撞形成致密物质椭圆流（a）和三角流(b)导致的局域涡旋示意图
实验结果表明，λ超子局域极化相对于二阶事例平面的方位角呈现明显的正弦结构，这种方位角的依赖来自于碰撞系统非均匀膨胀导致的沿着束流方向的局域涡旋的四极结构（图1），并且显著性比相同碰撞能量下的au au碰撞的测量结果更强。同时，实验测量首次观测到了显著的相对于三阶事例平面的超子局域极化，并揭示其可能来自于碰撞核子密度涨落的三角流造成的精细涡旋结构。
图2 在同质异位素碰撞中，λ超子的二阶和三阶局域极化与碰撞中心度的关系
相对于二阶事例平面和三阶事例平面的局域极化随着碰撞中心度的增加呈现明显的增大趋势（图2），目前流体力学模型能够定性地描述局域极化的方位角依赖，但是并不能很好地解释局域极化的碰撞中心度依赖。这些新的实验结果为研究重离子碰撞中的自旋极化和涡旋效应提供了重要的实验数据。
山东大学前沿交叉科学青岛研究院粒子科学技术研究中心徐庆华教授、陈震宇教授和苟兴瑞博士是该论文的主要作者（principal authors），对该实验分析作出了重要贡献。
star国际合作组是依托于美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机的重要实验组，包含来自15个国家和地区的74家研究单位，共有七百余名科研人员。本研究工作得到了科技部重点研发项目课题以及国家自然科学基金项目的资助。
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