三體核系統是現代核子物理學許多方面的關鍵，例如理解高密度核物質的狀態方程式和中子星核心的組成。特別是，來自氘核（束縛質子中子對）和強子的散射數據為約束核相互作用的參數提供了重要成分。物理學家與愛麗絲合作顯示這種三體核反應可以透過歐洲核子研究中心大型強子對撞機（LHC）動量空間中的強子-氘核相關性進行研究。
歐洲核子研究中心大型強子對撞機質子-質子碰撞中產生的質子-氘核系統中強相互作用的圖示。圖片來源：ALICE / CERN。
基本力通常被描述為兩個物體之間的相互作用。將其擴展到更複雜的系統並不總是微不足道的。
強相互作用三強子系統的描述是理解現代核物理中許多現象的關鍵，例如原子核結構、高密度核物質的性質和中子星核心的組成。
LHC 中的質子-質子碰撞產生大量粒子，這些粒子的發射距離非常近，距離約 10-15米（飛米）。
在向各個方向噴射之前探索它們是否以任何方式相互影響是很有趣的。
如果兩個粒子產生時彼此靠近並且具有相似的動量和方向，則該粒子對可以進行量子統計，庫侖力且互動性強。
如果其中一個是氘核，那麼具有氘核和另一個強子（例如質子或卡介子）的系統實際上是三體系統。
因此，測量氘核與介子或質子之間的相關性有望揭示三體系統的相互作用。
ALICE 合作組織利用其出色的粒子辨識能力來研究質心能量為 13 TeV 的高多重質子-質子碰撞中的這些相關性。
結果是一個相關函數，用於衡量找到兩個具有特定相對動量的粒子的機率與它們的動量完全獨立或不相關時的預期結果有何不同。
在沒有相關性的情況下，函數的值是統一的。
高於 1 的值表示吸引交互作用，而低於 1 的值表示排斥交互作用。
對於較低的相對橫向動量，卡介子-氘核和質子-氘核系統的相關函數都低於統一，顯示整體上存在排斥交互作用。
kaon-氘核相關性分析表明，氘核和質子或kaon產生的相對距離非常小，約為2fm。
介子-氘核相關性可以透過有效的二體模型得到很好的描述，該模型結合了介子與氘核之間的庫侖相互作用和強相互作用。
相較之下，同樣有效的二體方法無法描述質子-氘核的相關性，因此需要進行完整的三體計算來解釋氘核的結構。
使用解釋二體和三體強相互作用的理論計算實現了出色的數據描述。
這證明了相關函數對三核子系統的短程動力學的敏感性。
短距離相關測量構成了大型強子對撞機研究三體系統的創新方法，並有可能將此類研究擴展到其他強子。
物理學家說：“我們的結果建立了一種新的實驗方法來精確研究三體核系統的動力學和力。”
“事實上，鑑於大型強子對撞機的核碰撞中產生了大量的奇異粒子和魅力粒子，所提出的方法為直接研究奇異和魅力系統中的三體力奠定了基礎。”
他們的紙發表在雜誌上物理評論X。
_____
S·阿查里亞等人。 （愛麗絲合作）。 2024.在大型強子對撞機上探索三體系統的強相互作用。物理。修訂版 X14（3）：031051； doi: 10.1103/PhysRevX.14.031051
