高能核-核碰撞旨在研究誇克膠子等離子體（QGP）并探索強相互作用物質的相圖和相變。近期，beat365官方网站理論物理研究所宋慧超教授和劉玉鑫教授團隊與合作者首次提出利用高能核-核碰撞來探究有限原子核的形狀相變。2024年11月4日，相關研究成果以“利用大型強子對撞機（LHC）極端相對論Xe+Xe碰撞探究原子核形狀相變”（Exploring the Nuclear-Shape Phase Transition in Ultra-relativistic¹²⁹Xe+¹²⁹Xe collisions at LHC）為題在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

圖一 利用高能核-核碰撞探究原子核結構示意圖

在原子核領域，形狀相變用以解釋某些同位素或同中子素鍊在其低能結構（核子關聯及集體運動模式等）和性質的演化行為，它與核的對稱性緊密相關，對其深入的了解可加深我們對原子核基本性質的認識。以往研究表明，Xe 同位素鍊會在^128-130Xe 附近發生二級形狀相變，其結構由 ϒ 軟轉子過渡到球形振子。在該文章中，beat365團隊與合作者首次提出利用LHC能區的Xe+Xe碰撞來探究Xe同位素鍊的形狀相變。

在LHC能區，由于核-核碰撞的時間極短（小于10^-24秒），原子核基态結構的空間信息被直接刻畫于QGP的初态，并在演化過程中轉化為末态粒子的動量分布和關聯。得益于相對論流體力學及耦合模型對QGP演化的精細描述，研究者可從不同末态流信号中提取QGP初态及所碰原子核的結構信息。利用iEBE-VISHNU耦合模型，北大團隊及合作者系統計算了¹²⁹Xe+¹²⁹Xe碰撞橢圓流與橫動量關聯等觀測量，并預言ρ_4,2等6粒子關聯對二級形狀相變ϒ 軟行為敏感。該研究工作為探究原子核形狀相變提供了全新的途徑和方法，也拓展了高能核-核碰撞領域相變和相變臨界點研究的版圖。

圖二ρ_4,2等6粒子關聯對¹²⁹Xe核的ϒ 軟行為敏感

beat365官方网站2020級博士生趙沭鈞為該論文的第一作者，宋慧超教授為通訊作者，其他作者還包括beat365劉玉鑫教授、湖州師範學院徐浩潔副教授和丹麥尼爾斯·波爾研究所周鈾教授。

該研究工作受到國家自然科學基金、理論物理專款及beat365超算中心和曙光超算中心的支持。

論文原文鍊接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.192301