2024年11月20日，布魯克海文國家實驗室(BNL)發布了一項重大研究成果，為研究原子核結構提供了一種全新的高能方法。該研究由STAR合作組織完成，該組織由來自12個國家55個機構的數百名科學家和工程師組成。

科學家們利用相對論重離子對撞機(RHIC)的螺線管追蹤器，成功追蹤了粒子加速器中離子碰撞產生的粒子。研究成果已于本月初在《自然》雜志上發表。

在這項研究中，科學家們不僅量化了原子核的整體形狀，如拉長或壓扁，還量化了其三個主軸之間的相對差異，即三軸性。這些發現揭示了原子核形狀的復雜性，超出了傳統低能實驗所能探測的范圍。

傳統低能實驗方法，如觀察激發原子核衰變過程中發射的光子的非侵入性光譜技術，存在局限性，無法提供原子核中質子空間排列細微變化的信息，也無法直接觀察中子。相比之下，STAR合作組織使用的高能方法通過碰撞特定快照，捕獲了原子核內空間物質分布的詳細信息。

研究人員通過以超相對論速度碰撞外來碎片，并分析其集體響應，實現了對核整體形狀的成像。該技術利用流體動力學膨脹，在探測器中觀察到的粒子動量分布上留下圖案，從而制作出一系列“快照”。

此外，研究還發現了一些關于鈾核的驚人新信息。科學家們發現，鈾核的三個軸都存在差異，而非僅一個主軸扭曲，這表明鈾核的形狀比以前想象的更復雜。

這項研究不僅建立了一種新的原子核成像方法，還與一系列物理問題相關，包括核裂變、中子星碰撞中重原子元素的形成，以及奇異粒子衰變的發現。此外，對原子核形狀的深入了解還有助于科學家加深對早期宇宙模擬中粒子湯初始條件的理解。

該研究的發表已經對核物理學界產生了廣泛影響，促進了低能核結構和核反應社區與高能前沿之間的聯系，推動了核物理學的跨學科發展。