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成果简介:（技术特点、主要进展、应用状况、投资规模、效益预期和合作方式等） "相对论重离子碰撞中的反物质探测与夸克物质的强子谱学与集体性质研究"属核物理学科内重离子核反应领域，研究的重点是探测反物质原子核，研究高温高密的夸克物质的强子谱学特征与集体运动性质，是目前国际上核物理研究的重要前沿和热点课题之一。本项目的主要内容包括重离子碰撞中产生的反物质超核、反物质氦4的探测、夸克-胶子等离子体（QGP）新物质形态实验信号寻找及其相变性质研究等方面，并为了实现以上物理目标开展了多气隙电阻板室的大型飞行时间探测器的研发等研究。项目通过广泛的国内外合作，实验和理论研究紧密配合，在以上几个方面获得了一批具有重要科学价值、部分成果已达到国际领先水平的研究成果，对目前国际核物理研究的热点前沿领域：相对论重离子碰撞物理和反物质探测的发展具有十分重要的意义。其关键科学发现分以下两个方面： 一、在探测器技术的重要发展上：我们在国内率先开展研制精确测定粒子飞行时间参数的多气隙电阻板室（MRPC），其时间分辨率达到了国际先进水平；为美国布鲁克海汶国家实验室的RHIC-STAR大型合作组提供探测器的升级，高质量地完成了MRPC模块的大批量研制，严格的质量控制与规模化研制达到国际先进水平；利用MRPC技术研制成功的大型飞行时间探测器（TOF）成功安装在RHIC-STAR大型探测器上，这是国际上首次在高能重离子对撞机实验上运行成功的基于MRPC技术的飞行时间谱仪。 二、在物理研究方面：1、发现了首个反物质超核-反超氚核：通过原创性的实验数据分析，在上亿次金原子核对撞的海量数据中通过重构反氦3和π介子的不变质量谱，探测到第一个反超核粒子，即反超氚，论文作为亮点文章发表在2010年Science上。反超核的发现打开了三维核素图的大门，该成果入选“2010年中国科学十大进展”。2、反氦4核的发现：在质量数为3的反超氚发现的基础上，我们结合STAR主探测器-时间投影室和我们研发的MRPC型的TOF探测器，探测到氦4核的反物质粒子，即反氦4。反氦4是迄今为止所能探测到的最重的反物质原子核，成果发表在2011年Nature上，并以“中国科学家代表性成果”入选2011年度由中国科学院学部主编的《科学发展报告》。3、夸克物质的强子谱学和集体性质研究：借助于我们研制的TOF和其它STAR子探测器，我们发展了在实验上可以鉴别高横向动量粒子的方法，并且系统地测量了电子、π介子、K介子、质子等强子的微分截面分布函数，我们的结果深化了人们对于高能核-核碰撞中粒子产生机制和喷注经过QGP淬火机制的认识，对于理解夸克新物质形态有重要帮助。通过高能核-核碰撞中奇异强子家族成员产生机制的系统测量和集体性质的系统研究，发现了RHIC产生的物质已经建立起了奇异夸克自由度：奇异强子的系列行为和轻味夸克（上、下夸克）的行为相似，以我们为主的一系列实验成果多次发表在Phys. Rev. Lett.物理学顶级期刊上，该系列研究从多方面支持RHIC上已经形成了夸克胶子等离子体新物质形态。我们的实验方法多次发表在NIMA上，物理结果多次发表在Phys. Rev. Lett. 等期刊上。 本项目中关于反超氚的发现被国际著名核理论家Stocker评价为“这个实验发现对我们了解物质可能会有前所未有的帮助。反超氚的发现打开了核素图新维数的大门：从常规物质世界到反物质和反超核物质世界”。在TOF研制成功后，美方BNL副所长、物理部主任和STAR发言人三人联名高度评价我们的TOF合作“构成了将会对中国和世界核科学产生几十年的影响的科学遗产。为项目的成功而开展的中美间的紧密合作现在已经作为以后中美联合科学投资的典范”。在我们报道反超氚、反物质氦4的最新结果后，LHC-ALICE大型合作组迅速在他们的***的铅+铅的数据中寻找，并最终找到了几个事例，也并在国际会议予以报道。同时，我们对反物质的系统观测推动了国际上核理论家对反物质原子核的理论研究。本项目所发表的20篇文章的他引1255次。相关工作在重要国际会议上报告100余次。培养出的一大批优秀的毕业生，其中三人次获中科院优秀博士论文奖，十一人次获中科院院长奖学金特别奖或优秀奖，两人次获得中科院卢嘉锡青年人才奖、一人次获得中国科学院青年科学家奖、一人次获得美国物理学会G. E. Valley奖、一人入选中组部首批万人计划之“青年拔尖人才”系列。本项目对高能重离子碰撞中的反物质探测和高温高密新物质形态QGP的性质进行了系统和深入的研究，推动了我们对物质极限和极端热密物质的状态的重要认识，也推动了核探测技术、尖端电子学技术、大规模数值计算和数据处理技术等一些重要领域的技术进步，并为高能核物理人才培养做出了重要贡献。本项目获得了2014年上海市自然科学一等奖。