高物质密度下手性对称性恢复的新实验证据

QCD 真空(即量子色动力学体系中真空的基态)在理论上的特征是存在非零的凝聚态期望值，例如胶子和夸克-反夸克对。物理学理论并没有将这种状态与真空中缺乏粒子和相互作用联系起来，而是认为这种状态充满了所谓的凝聚物，它们具有与真空相同的量子数，无法直接观察到。

虽然许多理论物理学家已经讨论了 QCD 真空的特性，但迄今为止，通过实验验证这些理论预测具有挑战性，原因很简单，因为处于这种状态的凝聚物难以捉摸，无法直接检测到。在 QCD 真空特性的理论预测中可以找到实验“观察”的暗示。

理论预测，由于所谓的手性对称性的部分恢复，冷凝物可能会在高温和/或高物质密度下减少。为了证明这些理论，一些研究人员收集了超相对论、重离子在特别高温下的正面碰撞期间的测量结果。该领域的其他努力试图通过测量所谓的“介质效应”来探测 QCD 真空的特性。这些本质上是改变 QCD 真空及其结构的效应，这是由核物质等高物质密度的存在引起的。

RIKEN Nishina 加速器科学中心、奈良女子大学、德国重离子研究所和全球其他机构的研究人员最近着手收集低温下原子核中介质效应的实验见解。在自然物理学论文中概述的实验中，他们使用光谱技术测量 (Sn) 介子原子的状态，结合系统由介子和原子核组成。

“真空隐藏结构的存在是现代最重要的物理问题之一，”进行这项研究的研究人员之一 Kenta Itahashi 告诉 Phys.org。“真空的‘非平凡’结构在理论上已经讨论了很长时间。例如，Nambu 描述了真空的自发对称性破坏。尽管有许多相关理论，但迄今为止该领域的实验证据是有限的。 “

Itahashi 和他的同事最近工作的主要目标是进一步阐明 QCD 真空的隐藏结构及其在宇宙历史中的演化。根据理论预测，夸克-反夸克对(即手性凝聚物)在这种真空状态下的凝聚会破坏真空的手性对称性。

在高温和/或高物质密度下，手性对称性将部分恢复，因此理论上应该会降低手性缩合物的预期值。在他们的新实验中，该团队着手通过使用高精度光谱技术测量高密度和低温下的介子原子来推断 QCD 真空中夸克-反夸克对的预期值。

“我们以光谱方式测量了π介子核结合系统”Itahashi 解释道。“因此，我们的光谱学提供了补充信息，可以结合过去聚焦正面碰撞的实验结果进行分析。就像绘制水或超导材料的相图一样，我们希望在温度和平面上绘制真空相图密度。从某种意义上说，核物质的行为就像加载到真空中的杂质。”

研究人员发现，他们的测量结果与 Nambu 理论所描述的 QCD 真空手性对称性的自发破坏一致。结合他们近二十年前进行的开创性研究的结果，这项工作推进了目前对 QCD真空、手性对称性的破坏和恢复，以及这如何影响手性凝聚物在高温和/或高物质密度。

Itahashi 说：“据我们所知，目前还没有关于像我们这样准确确定的高物质密度的有序参数的信息。” “在我们接下来的研究中，我们希望研究手征对称性的密度依赖性。我们已经在密度轴上绘制了手征序参数的第一个点，我们现在计划通过进行系统测量来研究密度导数。此外，我们还希望开发一种新的离子原子光谱技术，以达到更高的精度，并使放射性同位素形成离子原子的研究成为可能。”

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