CERN大型强子对撞机数据挑战氧和氖原子核结构模型

欧洲核子研究中心(CERN)物理学家在分析大型强子对撞机CMS探测器的新一批碰撞数据后发现，氧原子核和氖原子核在高能碰撞中的表现与现有模型预测并不完全一致。这一结果显示，科学界对部分轻原子核形状和内部结构的认识仍需进一步修正。

在高能原子核碰撞中，碰撞区域会短暂形成夸克-胶子等离子体。该物质状态会迅速衰变，但其中粒子的集体流动特征可用于反推碰撞几何形状，并间接提供原子核结构信息。研究人员认为，轻离子的对称碰撞有助于更好控制初始碰撞条件，因此适合研究小型系统中的集体响应。

此次研究聚焦质量相近的氧-16离子和氖-20离子。按照已有核结构计算，氧-16原子核被认为近似四面体结构，氖-20原子核则被认为类似“保龄球瓶”形状。由于两类离子质量接近，氧-氧碰撞和氖-氖碰撞应表现出相近的流体动力学演化;若流动行为出现差异，则可能反映出两者碰撞几何和核结构存在差别。

研究团队处理了CMS探测器记录的粒子碰撞数据，碰撞总能量为每核子对5.36太电子伏特，并将实验结果与纳入现代原子核结构计算的流体动力学模拟进行比较。结果显示，两类碰撞均出现明显的椭圆流和三角流，且流动模式与离子碰撞时相对于原子核中心的距离密切相关，这与液体受碰撞几何影响产生响应的特征相符。

实验中，氖原子核在多数碰撞中呈现出比氧原子核更强的椭圆流信号。如果氖原子核确实更偏离球形，这一现象符合预期。但三角流结果与模型计算并不一致，提示现有模型可能尚未准确描述氧和氖原子核在碰撞中的真实结构或动力学响应。

研究人员表示，粒子流分析能够为推断碰撞参与原子核的结构提供线索，但目前的数据和模型仍不足以精确确定氖原子核形状。未来建立更完善的加速器碰撞理论模型，或有助于解释三角流偏差，并进一步改进对轻原子核结构的理解。