清華大學物理系肖志剛研究團隊在核反應同位旋動力學研究中取得進展

【成果簡介】

最近，清華大學物理系的肖志剛研究小組在束流能量為30MeV/u的⁴⁰Ar+¹⁹⁷Au原子核反應中，首次通過出射粒子同位旋性質在大范圍內的角分布行為給這個問題提供了一個定性的答案。在大角度范圍內，輕粒子的中子豐度隨角度增加而減小。由于同位旋效應的長時間累積，該角分布可以作為對稱能密度依賴行為的一個敏感觀測量。這一工作最近以快訊（Rapid Communication）形式發表在期刊Physical Review C 上，題目為“Long-time drift of the isospin degree of freedom in heavy ion collisions”。

【圖文導讀】

圖1 同位素比隨Θ_lab的變化

在30MeV / u（左）和光束能量（右）下，同位素作為實驗室角度的函數，Z = 1（上）和Z = 2的同位素比（下）。

圖2 同位旋分餾過程

(a) 30MeV/u Ar+Au反應中出射粒子的相對中子豐度隨角度的變化關系；

(b) 0°-90°內該角分布斜率k與對稱能隨密度的變化率參數γ之間的關系。

【研究內容】

特定自由度的弛豫是所有輸運過程研究中的一個基本物理問題。兩個原子核的碰撞反應，是一個典型的輸運過程。同位旋作為一個描述中子和質子數量差異的自由度，在核反應中的弛豫到底有多快，一直沒有確定的結論，然而它對于核反應的輸運性質與核物質狀態方程的研究而言都至關重要。

在核反應中可形成高激發的熱核體系，并可能發生核物質的液氣相變。中子和質子作為體系的兩種組分，具有不同的化學勢。它們之間的差異同對稱能及其密度依賴緊密相關。由于這一差異，中子和質子從熱核體系中“蒸發”出來的幾率不同，呈現出“分餾”效應。這一現象和我們的生活經驗非常類似，當我們開啟酒瓶聞到的撲鼻酒香，其實也是源于酒精分子和水分子的揮發性（化學勢）不同。

同位旋分餾過程到底多快？最近，清華大學物理系的肖志剛研究小組在束流能量為30MeV/u的⁴⁰Ar+¹⁹⁷Au原子核反應中，首次通過出射粒子同位旋性質在大范圍內的角分布行為給這個問題提供了一個定性的答案。在大角度范圍內，輕粒子的中子豐度隨角度增加而減小。這表明同位旋在不同密度區之間的輸運過程，從早期的動力學發射一直持續到后期的統計蒸發過程，呈現出長時標的輸運特征，如圖2(a)。由于同位旋效應的長時間累積，該角分布可以作為對稱能密度依賴行為的一個敏感觀測量。借助核反應輸運模型和熱核統計蒸發模型的計算，給出了對稱能在飽和點處的密度依賴參數以很好的約束，如圖2(b)。?

該實驗是在蘭州重離子加速器國家實驗室（HIRFL）的放射性束流線終端（RIBLL）上完成的。文章的第一作者是清華大學物理系2012級博士生張嫣，共同通訊作者是肖志剛副教授，清華物理系的訪問學者(2015-2016年度)、安陽師范學院物理與電子工程學院的田俊龍教授。

原文鏈接：http://www.tsinghua.edu.cn/publish/phy/10552/2017/20170426130752702179634/20170426130752702179634_.html。

文獻鏈接：Long-time drift of the isospin degree of freedom in heavy ion collisions。

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