重离子核反应是一个发生在空间尺度为百万亿分之一米，时间尺度为万亿亿分之一秒的极小极快的物理过程。该过程伴随着剧烈的能量变化和快速的粒子输运行为，实验上通过测量核反应中两个出射粒子的动力学(物理)和组分(化学)关联，将为核子同位旋自由度的输运性质研究提供新的实验观测途径。

清华大学物理系肖志刚老师带领的实验核物理小组 (ENPG)使用自主研制的紧凑型重离子实验谱仪CSHINE (Compact Spectrometer for Heavy IoN Experiment)，在国家大科学装置HIRFL的RIBLL1终端完成了25MeV/u Kr+Pb反应中带电粒子的符合测量。通过分析每次碰撞中与中等质量碎片（原子核质量数从6到12）符合出射的氚和氦三的能谱和产额比，考察了核反应过程的热力学弛豫和同位旋自由度弛豫的精细特征。实验第一次发现，氚和氦三的能谱呈现出标度现象，但它们的产额比与关联中等质量碎片的中质比呈现显著的反关联，即如果先出射的碎片相对丰中子，则伴随出射的轻粒子相对缺中子，表现为氚和氦三的产额比偏低，反之亦然 (图1a)。这就导致同位旋自由度在粒子发射的过程中呈现一种有趣的“乒乓”出射现象（先后出射的两个粒子像乒乓球一样在丰中子侧和缺中子侧交叉出射，图1b）。初步的输运模型理论计算结果显示，该观测量有望为精细约束对称能参数提供新的途径。

当把反应体系出射粒子后剩余部分的中子与质子数分布和反应体系的初值画在一起的时候，发现粒子出射后的剩余部分的中子与质子数之比N/Z比保持在系统初始N/Z附近，体现了一种同位旋平衡效应。有趣的是，这一效应在超重核的结团衰变和中子诱发重核裂变中同样存在，这是由对称能导致的普遍效应。而我们的实验结果表明，对于费米能区重离子碰撞形成的高激发系统衰变，该效应仍然存在（图2）。

重离子核反应中同位旋自由度的粒子“乒乓”出射现象，为研究同位旋动力学演化和核子结团出射机制提供了新的思路，为精细约束原子核对称能、检验重离子核反应的输运模型提供了一个新的途径。

这一物理结果近日以快报的形式发表在核物理主流国际期刊 Phys. Rev. C, 107, L041601 (2023) 上。清华物理系的实验核物理小组主导实验和数据分析，广西师范大学欧立教授团队主要负责输运模型计算。物理系在站博士后王轶杰(一作)、肖志刚教授和广西师范大学的欧立教授三人为文章的共同通讯作者。

该工作得到科技部、自然科学基金委、清华大学自主科研计划和兰州重离子加速器国家实验室开放基金资助。文章列表和全文链接如下：

[1] Y.J. Wang, et al., Phys. Rev. C, 107, L041601 (2023).

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.107.L041601