2024年11月20日，布鲁克海文国家实验室（BNL）发布了一项重大研究成果，为研究原子核结构提供了一种全新的高能方法。该研究由STAR合作组织完成，该组织由来自12个国家55个机构的数百名科学家和工程师组成。
科学家们利用相对论重离子对撞机（RHIC）的螺线管追踪器，成功追踪了粒子加速器中离子碰撞产生的粒子。研究成果已于本月初在《自然》杂志上发表。
在这项研究中，科学家们不仅量化了原子核的整体形状，如拉长或压扁，还量化了其三个主轴之间的相对差异，即三轴性。这些发现揭示了原子核形状的复杂性，超出了传统低能实验所能探测的范围。
传统低能实验方法，如观察激发原子核衰变过程中发射的光子的非侵入性光谱技术，存在局限性，无法提供原子核中质子空间排列细微变化的信息，也无法直接观察中子。相比之下，STAR合作组织使用的高能方法通过碰撞特定快照，捕获了原子核内空间物质分布的详细信息。
研究人员通过以超相对论速度碰撞外来碎片，并分析其集体响应，实现了对核整体形状的成像。该技术利用流体动力学膨胀，在探测器中观察到的粒子动量分布上留下图案，从而制作出一系列“快照”。
此外，研究还发现了一些关于铀核的惊人新信息。科学家们发现，铀核的三个轴都存在差异，而非仅一个主轴扭曲，这表明铀核的形状比以前想象的更复杂。
这项研究不仅建立了一种新的原子核成像方法，还与一系列物理问题相关，包括核裂变、中子星碰撞中重原子元素的形成，以及奇异粒子衰变的发现。此外，对原子核形状的深入了解还有助于科学家加深对早期宇宙模拟中粒子汤初始条件的理解。
该研究的发表已经对核物理学界产生了广泛影响，促进了低能核结构和核反应社区与高能前沿之间的联系，推动了核物理学的跨学科发展。
