编辑推荐：
为探究高能原子核碰撞中同位旋对称性是否被破坏及背后原因，NA61/SHINE 合作团队开展相关研究。研究发现，氩和钪原子核碰撞中，带电 K 介子产量比中性 K 介子高 (18.4 ± 6.1)%，这一现象无法用已知效应解释，为同位旋对称性研究提供新方向。
在微观的粒子世界里，科学家们一直致力于探索物质的基本构成以及它们之间的相互作用。量子色动力学（QCD）告诉我们，强相互作用中的基本粒子是夸克和胶子，夸克又分为上夸克（u）、下夸克（d）等多种类型。在强相互作用中，存在一种近似的同位旋对称性，它源于 QCD 中假设在无质量夸克和其他相互作用不存在的极限情况下，相互作用与夸克类型（味）无关，当只考虑轻夸克 u 和 d 时，味对称性就简化为同位旋对称性 。从理论上来说，如果同位旋对称性精确成立，在同位旋对称的原子核碰撞中，带电（
K+和
K? ）和中性（
K0和
Kˉ0 ）K 介子的产生数量应该相等。但实际情况是否如此呢？这成为了科学家们亟待解决的问题。
为了揭开这个谜团，NA61/SHINE 合作团队展开了深入研究。他们的研究成果发表在了《Nature Communications》上，为我们理解强相互作用中的同位旋对称性提供了重要线索。
研究人员主要运用了实验测量和模型计算两种关键技术方法。在实验方面，利用位于欧洲核子研究中心（CERN）的超级质子同步加速器（SPS）上的 NA61/SHINE 固定靶实验装置，对氩（Ar）和钪（Sc）原子核在质心能量为每核子对 11.9 GeV 的碰撞进行研究。通过一系列复杂的探测器和数据分析手段，精确测量 K 介子的产生情况。在模型计算方面，采用统计强子共振气体（HRG）模型和动力学超相对论量子分子动力学（UrQMD）模型，考虑各种可能影响 K 介子产生的因素，与实验数据进行对比分析。
下面来看看具体的研究结果：
- K 介子在 Ar+Sc 中心碰撞中的产生：通过实验测量发现，在整个测量的快度范围内，平均带电 K 介子的产额显著高于中性KS0介子。在中快度（y=0）处，带电介子的相对过量为 (18.4 ± 6.1)% 。对正快度区域（y>0）的两个分布进行积分后发现，每次碰撞中，带电 K 介子（(K++K?)/2）的产生率为 4.28 ± 0.13，中性KS0介子的产生率为 3.22 ± 0.37，两者差值对应着带电 K 介子的盈余 。
- 与世界数据和模型的比较：研究人员将本次测量的RK（带电与中性 K 介子比率）与世界数据进行对比，并与 HRG 和 UrQMD 模型预测进行比较。结果显示，除 NA35 和 ALICE 实验外，其他实验的RK比值均大于 1。模型预测与实验数据存在差异，模型计算考虑了已知的同位旋对称性破缺效应，但仍无法解释实验中观察到的带电 K 介子过量现象 。
在讨论部分，研究人员探讨了可能导致同位旋对称性破缺的各种因素。首先是强相互作用中的质量效应，如带电和中性 K 介子的质量差异会影响RK比值，但通过模型计算发现这种影响较小 。其次，电磁过程也可能对 K 介子的产生有影响，例如电磁相互作用会影响强子质量，可能存在非微扰电磁效应，但这些影响同样难以解释实验现象。此外，弱衰变的不确定性以及碰撞中电荷与重子数比（Q/B）的影响也被考虑在内，但都不能充分解释测量结果 。
总的来说，NA61/SHINE 合作团队的这项研究首次发现了在强子产生过程中存在无法用已知效应解释的同位旋对称性破缺现象。这一发现意义重大，它挑战了现有的理论认知，为后续研究指明了方向。未来需要更多高精度的实验测量，进一步研究碰撞能量和核质量对同位旋破缺效应的影响，同时也需要理论上的创新和完善，以更好地理解这一现象背后的物理机制，推动高能物理领域对物质微观世界的深入探索。
