近日，施梳苏教授课题组利用STAR数据，作为主要贡献作者在《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett.) 发表了题为 “RHIC重离子碰撞中组分夸克数标度性的涌现” 的研究成果。该研究基于美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）上STAR实验的金核-金核碰撞能量扫描实验数据，首次观测到：当碰撞能量小于等于3.2 GeV时，集体流强子组分夸克标度性完全破坏；而在3.2–4.5 GeV区间，该标度性逐渐恢复。这一发现为强子物质向夸克物质的相变提供了新的实验证据。该论文由课题组博士生刘利珂提交，主要贡献作者还包括博士生刘佐文、王国平和吴星。

图示：强相互作用物质的示意相图，展示了重离子碰撞中强子-部分子转变过程，其中纵轴表示温度，横轴表示重子化学势。

在高能重离子碰撞中形成的热化夸克物质被称为“夸克胶子等离子体（QGP）”，这是一种曾存在于宇宙大爆炸初期的物质形态，其形成机制与临界条件长期以来是未解之谜。强子集体流的组分夸克标度性是QGP形成的重要实验证据。2004年，华中师范大学STAR课题组在200 GeV重离子碰撞实验中首次观测到中性奇异粒子集体流的组分夸克标度性，这一发现为QGP的形成提供了证据。施梳苏自2006年以来长期致力于轻味及（多重）奇异粒子集体流的研究。基于STAR实验组采集的200 GeV重离子碰撞数据，完成了多重奇异粒子，尤其是Ω粒子的集体流分析。利用STAR实验组获得的大统计量数据，实现了多重奇异粒子集体流的高精度测量和中性D介子集体流及奇异D介子产生的测量。研究发现，在高能重离子碰撞中，从轻味到重味粒子的集体流均满足组分夸克标度性，这种集体行为源于部分子层面，表明在200GeV形成了从轻味到重味的热化夸克物质，是QGP形成最有力的实验证据。相关成果先后发表在 Phys. Rev. Lett. 116, 062301 (2016)；Phys. Rev. Lett. 118, 212301 (2017) 和 Phys. Rev. Lett. 127, 212301 (2021)。

QGP被发现以后，研究QGP的性质和寻找可能的强相互作用相变信号成为高能核物理最重要的研究方向，为此RHIC开展了束流能量扫描。课题组基于2010–2011年采集的7.7–62.4 GeV重离子碰撞数据，系统研究了从轻味到奇异粒子的集体流，研究强子集体流组分夸克标度性随碰撞质心能量的依赖关系，发现到7.7 GeV组分夸克标度性依然存在，相关测量结果发表在 Phys. Rev. Lett. 110, 142301 (2013)。2022年，课题组利用第二期束流能量扫描数据，发现3 GeV重离子碰撞中组分夸克标度性消失。相关成果以题为 “RHIC 3 GeV金核-金核碰撞中部分子集体流的消失” 的论文发表在 Phys. Lett. B 827, 137003 (2022)。

本研究聚焦于强相互作用核物质的相结构，进一步利用2019–2021年第二期能量扫描数据，观测到在3.2–4.5 GeV能区中，集体流的组分夸克标度性从破坏到逐渐恢复的过程，首次明确了组分夸克标度性恢复的能量阈值。这一发现与前期200 GeV的研究结果相结合，完整描绘了从200 GeV到3 GeV能区核物质系统集体运动性质的演化图像，为强子物质向夸克物质的相变提供了重要证据，

该研究工作得到科技部国家重点研发项目（2022YFA1604900）和国家自然科学基金委面上项目（12175084）的资助。

Phys. Rev. Lett.链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/2qhx-cp79

预印本链接：

https://arxiv.org/abs/2504.02531

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通讯员｜刘利珂

责　编｜李青怡

审　校｜秦广友 赵蕴杰