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许怒科研成果入选2011年度物理世界十大科学突破

  12月19日,记者从物理科学与技术学院获悉,该院院长、国家“千人计划”学者许怒教授与中美印科学家合作,于 2011年6月在国际著名期刊《科学》杂志发表了题为“量子色动力学相图的标度”的文章,在世界范围内引起了极大反响,12月17日荣登国际知名的英国科 学网站《物理世界》 “2011年度十大科学突破”。  

  据了解,《物理世界》评选委员会遵从“本质的重要性,知识的前瞻性,理论与实验联系的紧密性,引起物理学家的广泛兴趣性”四大标准,选中了“量子色 动力学相图的标度”这篇文章所研究的内容。该文章在世界上首次通过将实验结果与理论比较,得到了从强子物质(即普通物质)到夸克胶子等离子体的相变穿越温 度(即状态转变温度)为175百万电子伏特(相当于2万亿摄氏度)的重要结论。

  文章指出,宇宙初生时,亿万物质是一种由夸克和胶子组成的强耦合的浓稠液体, 即夸克胶子等离子体。寻找夸克胶子等离子体存在的证据并研究其基本性质,对研究早期宇宙具有重要意义。在通常情况下,夸克和胶子被强相互作用力禁闭在强子 中,通过对普通原子核“加热”,有可能使强子”融化“从而形成由自由夸克和胶子组成的夸克胶子等离子体。自2000年以来,科学家们利用美国布鲁克海汶国 家实验室中的相对论重离子对撞机(RHIC)进行实验,发现了一些夸克胶子等离子体形成的证据。 但是从强子物质到夸克胶子等离子体的相变温度尚不清楚。

  RHIC对撞机将两束金原子核加速到接近光速(每核子对质心能量为200GeV),使它们发生碰撞,形成了高能量密度和高温的夸克胶子等离子 体,冷却后产生了大量粒子。近日,由中美印科学家组成的一个合作小组,分析研究了对撞机上STAR探测器采集到的大量实验数据,在世界上首次把测量到的净 质子数(质子数减去反质子数)分布的高阶涨落与格点量子色动力学的计算结果进行比较,从实验上直接给出了重子数密度为零情况下,从强子物质到夸克胶子等离 子体的相变温度。该相变温度是强相互作用物质状态转变的一个基本标度(类比于标准大气压下,100摄氏度是水从液态转变为气态的一个基本标度),对研究强 相互作用物质的整体性质以及相变结构有着重大的科学意义。同时,他们所采用的研究方法为定量研究重离子碰撞中产生的高温高密物质性质开辟了新方向,也为量 子色动力学理论在大尺度和低动量传递区域(即非微扰区域)的检验提供了一种新途径。

  自2008年以来,许怒院长一直担任美国纽约布鲁克海文国家实验室RHIC-STAR实验组发言人,文章中唯一的学生作者罗晓峰博士,毕业于中国科学技术大学,现在我校从事博士后研究工作。

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