超核

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第255页（3559字）

除了中子和质子外，还包含一个或多个超子的原子核。

1953年，波兰达内什(M．Danysz)和普尼夫斯基(J．Pniewski)从暴露在宇宙线中的核乳胶里发现了第1个Λ超核。

在以后的十多年里，Λ超核物理的研究工作，仅限于在宇宙线中用核乳或泡室系统地研究Λ超核基态结合能。由于在宇宙线中能观测到的事例稀少，因此在这一阶段Λ超核物理进展很缓慢。

1963年波德戈列茨基(М．и．Подгopeдкий)发现反应n(，)Λ的运动学条件适合于研究Λ超核。

随后，费希巴哈(H．Feshbach)和克尔曼(A．K．Kerman)对此反应作了比较详细的研究。他们发现，当入射K^－介子的实验室动量为550MeV／c时，反应产生的Λ超子几乎是无反冲的，可以留在原子核内，使原子核变为Λ超核，同时放出π^－介子：，这里标记质量数为A，电荷数为Z的Λ超核，由于在这个反应中重子和介子之间发生了奇异数交换，通常称此反应为奇异交换反应。

利普金(H．J．Lipkin)指出，奇异交换反应可以被用来产生Λ超核激发态。1970年伯姆(G．Bohm)等在核乳胶里发现了吸收静止K^－介子产生的Λ超核和的激发态，并确定了的激发能约为11MeV。

欧洲核子研究中心(CERN)－海德堡－华沙小组用计数器技术研究了和的γ谱和静止K^－奇异交换反应。Λ超核激发态的发现和计数器技术的应用，为开展Λ超核能谱学的实验研究创造了条件。在随后的十多年里，由于先后在CERN的质子同步加速器(PS)，美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的交换梯度同步加速器(AGS)和日本筑波科学城高能物理国家实验室(KEK)的PS上引出了高强度的K^－介子束流，建成并改进了专门用于研究奇异交换反应的(K，π)谱仪。实验上相当精确地测量到了、λ2C、和等一系列Λ超核的(K^－，π^－)反应能谱和分别属于λH和λHe的2条γ谱线；另外，梅(M．May)等在BNL的AGS上通过(π^－，K^－γ)反应用符合方法又测量到1P壳Λ超核(，，和)的γ谱。

80年代初，多弗(C．B．Dover)等指出：由于在协同产生反应中动量转移甚大，因此通过反应产生的Λ超核大多处在高自旋态，特别是自然宇称的拉伸态，弥补了动量转移小的奇异交换反应的不足．后者只能产生处于低自旋态的Λ超核。1985年，一个国际合作组在BNL的AGS上测量到从到等一系列Λ超核的(π⁺，K⁺)反应能谱，所有这些Λ超核激发能谱的测定都为开展Λ超核能谱的理论研究创造了良好的条件。目前，对Λ超核激发态的理论解释，大致分为3类：利普金等的奇异相似态理论；奥尔巴赫(N．Auerbach)和加尔(A．Gal)以及许夫纳(J．Hüfner)等的弱耦合壳模型；张宗烨、厉光烈和沈建平提出的超对称态理论。

Λ超核的发现启发人们去寻找含有其它超子(例如Σ，和Ω等超子)的超核，但是，一直到70年代末，实验上还没有观测到Λ超核以外的其它超核。当时理论上认为，这是由于上述超子在核中可以通过强相互作用转化为Λ超子并释放出大量的能量，包含这些超子的超核激发态的能级宽度要比Λ超核的大得多，因此实验上较难观测到。以Σ超子为例，理论上预言Σ超核激发态的能级宽度约为20MeV左右。

可是，80年代初，贝尔蒂尼(R．Bertini)等在CERN的PS上通过(K^－，π^－)反应观测到了能级宽度小于8MeV的激发态。随后，皮卡茨(H．Piekarz)等在BNL的AGS上通过(K^－，π⁺)反应又观测到了和的激发态；贝尔蒂尼等通过(K^－，π⁺)反应又观测到了和的激发态；以及山崎等在KEK的PS上通过静止K^－俘获实验观测到更窄的Σ超核激发态，其宽度不超过5MeV。

这些窄Σ超核激发态的发现对理论研究提出了挑战，围绕如何解释窄Σ超核激发态，理论上展开了热烈的讨论，基斯林格(L．S．Kisslinger)认为，在转化过程ΣN→AN中末态的相对动量高达290MeV／c。根据测不准关系，这意味着Λ和N应相距很近，因此短程斥力将起作用。在考虑了短程斥力作用以后，他发现Σ超核激发态的能级宽度只有几个MeV。若果真如此，那么不仅可以观测到窄的Σ超核激发态，而且应该能够观测到窄的Σ超核基态，但是实验上至今没有发现任何Σ超核基态。

多弗和加尔提出了另一种看法：在Σ超子的动量小于200MeV／c的情况下，转化过程主要是通过Ⅰ=1／2，³S₁道，因此，Ⅰ=3／2，¹S₀道为主的ΣN^－1粒子－空穴激发态将有窄的能级宽度。他们预言，通过(K^－，π⁺)反应比(K^－，π^－)反应更有利于产生窄Σ超核激发态。

在他们的理论指导下，皮卡茨等通过(K^－，π⁺)反应确实观测到了窄的Σ超核激发态。但是他们的理论正好不能说明为何通过(K^－，π^－)反应也同样可以观测到窄的Σ超核激发态。总之，到目前为止，人们仍未弄清为何存在窄的Σ超核激发态。

Λ超核和Σ超核都是奇异数为－1的超核，那么，是否存在奇异数更高的超核呢?实验上至今没有发现奇异数为－2的超核。

但早在60年代就发现了两个双Λ超核，和。这两个双Λ超核都是在核乳胶照片中发现的，是由轻乳胶核俘获超子而产生的。

通过分析它们衰变产物的能动量关系，可以得到其中两个Λ超子之间的结合能分别是MeV和。这是目前仅有的有关Λ-Λ相互作用的实验知识。另外，1977年贾菲(R．J．Jaffe)根据MIT口袋模型预言可能存在相对于强作用衰变稳定的双Λ束缚态，即所谓的H粒子，其质量为2150MeV，小于两倍Λ超子的质量，自旋和宇称为0⁺，同位旋为0，奇异数为－2。他的预言得到了势模型、孤子模型和格点规范理论支持。

从夸克层次来讲，H粒子是唯一的6个夸克(2个u夸克，2个d夸克和2个s夸克)都处在1S态上的双重子系统。有可能存在这样的束缚系统，是完全可以理解的，实验上为了寻找H粒子，人们提出了各种尝试方案。遗憾的是，至今尚未发现。

研究超核物理不仅为原子核结构提供了大量的新知识，而且为研究基本粒子相互作用提供了新手段，正因为研究超核物理有着如此重要的意义，近年来超核物理已经发展成为中能核物理的一个重要分支。

。【参考文献】：

1 Danysz M, Pniewski .J Phil Mag, 1953,44:348～350

2 Goarope M 1963,44:695～696

3 DanyszM. Nucl Phys, 1963,49:121 ～132

4 Lipkin H.J. Phys Rev Lett,1965,14:18 ～ 20

5 Bohm G, et al. Nucl Phys. 1970,B24:248～252

6 KermanAK, Lipkin H. J Ann Phys, 1971,66:738～757

7 AuerbachN, Gal A. Phys Lett, 1974,48B:22～24

8 Zhang Zong-ye , Li Guang-lie. Shen Jian - PingTrans. , A-cad. Sci.Ser. , I ,1980,40:274～286

9 Bertini R, et al. Phys Lett,1980,90B:375 ～378

10 厉光烈．物理学进展，1991，11∶331～352

(中科院高能物理所博士生导师厉光烈撰)