近日，中國科學技術大學高能物理理論組教授王群帶領的研究團隊，在矢量介子自旋物理方面取得重要進展。
美國布魯克海文國家實驗室STAR國際合作組（中國科大高能核物理實驗組是STAR成員）發現在金核與金核碰撞中產生的?介子在反應面的法向有顯著的自旋排列，這是繼STAR國際合作組測量到超子極化效應后在高能核自旋物理方面取得的另一重要成果。實驗結果與較多傳統的理論模型預言不符合，備受學界關注。
王群提出的理論模型顯示，?矢量場的局域漲落或關聯是產生?介子自旋排列的主要因素，不同碰撞能量下漲落的強度可以從實驗結果中提取，由此計算得出的自旋排列對橫向動量的依賴與實驗結果吻合。相關成果以Spin Alignment of Vector Mesons in Heavy-Ion Collisions為題，發表在《物理評論快報》上。
王群研究組2019年提出，奇異夸克與反奇異夸克會受到的環境矢量場的影響并導致?介子的自旋排列明顯偏離1/3。本工作由Kadanoff-Baym方程推導得出矢量介子的相對論自旋玻爾茲曼方程，并由此建立了在強子化過程中?介子的自旋排列與其組分奇異夸克、反奇異夸克的自旋極化之間的聯系。在重離子碰撞中，?矢量場存在很強的隨機漲落，而在奇異夸克、反夸克組合形成?介子的瞬間，它們受到所在位置處的矢量場的影響而產生自旋極化，進而使?介子的自旋排列偏離1/3。理論結果顯示，在介子靜止系中，沿測量方向的矢量場漲落與垂直于測量方向漲落之間的差異，決定自旋排列偏離1/3的程度。本研究考慮到夸克膠子等離子體橫向（垂直于束流方向）與縱向（沿著束流方向）的不對稱性，選取了矢量場的橫向漲落與縱向漲落作為模型的兩個參數。不同碰撞能量下，兩個參數的值由反應面法向以及碰撞參數方向的自旋排列的實驗結果確定。使用這兩個參數值可以較好地解釋自旋排列對?介子橫向動量的依賴。同時，該研究還對自旋排列對?介子動量方位角的依賴進行預測，有待實驗驗證。
矢量場是奇異夸克之間的強相互作用的一種有效表述。在相對論重離子碰撞的強子化階段，手征對稱性自發破缺，強相互作用物質可由夸克以及環繞著夸克的SU(3)戈德斯通玻色子場描述。矢量場由戈德斯通玻色子場的梯度度決定，其中與奇異夸克和反奇異夸克耦合的矢量場叫作?矢量場。矢量介子自旋取向的研究將有助于科學家探索QGP強子化時強子自旋的形成機制。該研究將進一步推動高能核自旋物理的發展并成為重離子碰撞物理的新的前沿方向。
研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項的支持。