探寻夸克-胶子等离子体的纵向“纹理”
近日，复旦大学现代物理研究所相对论重离子碰撞物理团队与美国纽约州立大学石溪分校团队合作，通过输运模型计算，揭示了整体核几何与局部能量沉积涨落对纵向集体流关联的不同影响，并提出利用核形变差异进行实验检验的方法。研究成果以“Long-Range and Short-Range Longitudinal Flow Decorrelations in the Quark-Gluon Plasma”为题，于2026年11月12日发表于《物理评论快报》 [Physical Review Letters 137, 202301 (2026)]。
如何从粒子分布认识近乎完美的液体
让两束金核或铀核以接近光速对撞，会在极短时间内产生一种被称为“夸克-胶子等离子体”的物质—它被认为是宇宙大爆炸后几微秒内充斥整个宇宙的“原初汤”。这种物质的集体流动接近理想流体，因此常被称为近乎“完美的液体”。
可以把它想象成一团不断膨胀的流体：初始形状不同，各个方向的膨胀强弱也会不同，末态粒子的动量分布便留下了有关初始形状的“记忆”。通过分析这些线索，结合模型推断原子核的形状。
然而，事情没这么简单。初始物质的横截面形状和取向并非沿束流方向保持不变（图1），由此引起不同纵向区域的椭圆流强度和方向存在差异，形成“纵向流退关联”。这一现象携带着碰撞初态的三维结构信息。可以把它想象成一叠沿束流方向排列的椭圆切片，各片的椭圆程度和朝向会缓慢变化。
图1：纵向形状涨落的整体与局部来源。上图：前向和后向参与核子的空间分布及能量沉积不同，使初始物质的横截面形状和取向沿纵向缓慢变化。下图：局部能量沉积的随机涨落叠加在整体几何之上，造成较短纵向尺度上的额外几何差异。二者通过集体演化分别产生长程和短程流退关联。
整体形状与局部起伏 区分两种纵向差异
纵向流退关联既受到整体核几何影响，也反映局部能量沉积的随机涨落。此外，喷注碎裂、共振衰变等过程产生的非流关联也会进入实验测量。区分这些来源，是理解初态结构与集体演化的关键。
沿用椭圆切片的比喻，除了各片形状和朝向的缓慢变化，每片内部的能量分布还会出现随机起伏，相邻切片的起伏也不完全相同。前者体现整体几何的纵向变化，后者体现局部能量沉积涨落。两者都可通过集体演化影响粒子关联，但随赝快度间隔变化的尺度不同。
短程并不等于非流 局部涨落留下更宽的关联
研究团队采用多相输运模型，研究最中心铀-铀和金-金碰撞中的两粒子椭圆流关联。通过将末态集体流分别与初始整体核子几何、局部部分子几何相联系，在模型中辨识出长程和短程两类初态驱动成分。
这里的“短程”是相对于整体几何贡献而言，并不等同于非流。研究结果显示，局部初态涨落产生的集体流关联仍可延伸至约四个单位的赝快度间隔，超出主要非流贡献的范围。赝快度是描述粒子出射角的变量，其间隔可用于考察纵向关联。
因此，不能将随纵向间隔增大而衰减的粒子关联一概当作非流背景扣除，否则可能同时去掉反映初态涨落的集体流信号。
铀核更伸长 利用核形状差异检验初态涨落
铀核整体更为伸长，近似椭球，而金核的形变相对较弱。团队利用这一差异，比较两种碰撞体系的椭圆流关联，提出可供实验检验的预言。铀核较强的形变会增强整体几何驱动的关联；局部初态涨落则降低形变信号在总关联中的相对比重，使铀-铀与金-金的关联比值受到稀释。模型预言，随着赝快度间隔增大，局部涨落贡献逐渐减弱，该比值随之上升。
不过，非流也会在小间隔处产生类似的稀释，但主要集中在更短的纵向范围内。因此，需要结合不同赝快度间隔下的测量，区分局部初态涨落与非流的影响，而不能将比值上升单独视为前者的唯一证据。
如果忽略局部初态涨落的稀释效应，可能低估由该观测量提取的铀核形变。这为理解不同观测量提取形变时出现的差异提供了一种可能解释。相关方法还可拓展至同质异位素碰撞及径向流的纵向关联研究。
从横向几何到三维初态 认识碰撞产生物质的新窗口
这项研究为认识夸克—胶子等离子体的三维初始结构提供了新线索。将这些纵向涨落纳入分析，也有助于更准确地从末态粒子关联中提取原子核形变。
论文通讯作者为纽约州立大学石溪分校贾江涌教授和我系张春健青年研究员。纽约州立大学石溪分校黄胜利研究员、Somadutta Bhatta参与了该项研究。
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金理论物理专款“上海核物理理论研究中心”等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1103/l5j1-7b4d
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