蘭州重離子研究裝置(HIRFL)上建成的放射性束流線1號線(RIBLL1),是國內(nèi)實驗核物理的一個重要研究平臺。它可以提供上千種能量小于100 MeV/u的放射性束流及高品質(zhì)的穩(wěn)定核束流,每年可為國內(nèi)外用戶提供1000多小時的束流時間。
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(yīng),是一個典型的輸運過程。同位旋作為一個描述中子和質(zhì)子數(shù)量差異的自由度,在核反應(yīng)中的弛豫到底有多快,一直沒有確定的結(jié)論,然而它對于核反應(yīng)的輸運性質(zhì)與核物質(zhì)狀態(tài)方程的研究而言都至關(guān)重要。
在核反應(yīng)中可形成高激發(fā)的熱核體系,并可能發(fā)生核物質(zhì)的液氣相變。中子和質(zhì)子作為體系的兩種組分,具有不同的化學(xué)勢。它們之間的差異與對稱能及其密度依賴緊密相關(guān)。由于這一差異,中子和質(zhì)子從熱核體系中“蒸發(fā)”出來的幾率不同,呈現(xiàn)出“分餾”效應(yīng)。這一現(xiàn)象和我們的生活經(jīng)驗非常類似,當(dāng)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(fā)性(化學(xué)勢)不同。
為了研究“同位旋分餾過程到底多快?”,清華大學(xué)物理系核物理研究小組與中科院近代物理研究所氣體探測器研究組和重離子核反應(yīng)研究組合作,利用RIBLL1提供的能量為30MeV/u的高品質(zhì)40Ar束流與197Au靶發(fā)生碰撞反應(yīng),首次通過出射粒子同位旋性質(zhì)在大范圍內(nèi)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(nèi),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(qū)域之間的輸運過程,從早期的動力學(xué)發(fā)射一直持續(xù)到后期的統(tǒng)計蒸發(fā)過程,呈現(xiàn)出長時標(biāo)的輸運特征,如圖1(a)。由于同位旋效應(yīng)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(yīng)輸運模型和熱核統(tǒng)計蒸發(fā)模型的計算,給出了對稱能在飽和點處的密度依賴參數(shù)以很好的約束,如圖1 (b)。
研究成果以快訊形式發(fā)表在Physical Review C 95, 041602(R) (2017) 。
文章鏈接為:https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.95.041602

圖1 (a) 30MeV/u Ar+Au反應(yīng)中出射粒子的相對中子豐度隨角度的變化關(guān)系
(b) 0°-90°內(nèi)該角分布斜率k與對稱能隨密度的變化率參數(shù)g之間的關(guān)系
(蘭州重離子提供)