他们之间的这次短暂牵手，竟是四十余年的长情等待！

        故事的主角是中子。中子是组成物质世界的一种微观粒子。微观粒子之间的相互作用，是宏观世界斑斓多彩的根本原因。中子之间的吸引作用有多强烈，一直是物理学家好奇的问题。然而，中子正如一个藏于深阁的闺秀，只愿意呆在原子核内部，一旦离开原子核，很快就变成了质子。因此，物理学家们难以让中子-中子单独相聚(传统的散射手段)，来测量中子-中子之间相互吸引(相互作用)的强度。

        四十多年前，两位物理学家Lednicky和Lyuboshitz (简称LL)提出，可以用原子核碰撞的方法来测量中子与中子相互作用的强度。原来，当两个原子核发生剧烈碰撞时，大量的中子会发射出来，人们通过捕捉牵着手(关联)的中子对，测量和分析它们的关联函数，不仅能够确定中子-中子之间的相互作用强度 (散射长度和有效程)，还可以测量出它们牵手出来的时刻和间距 (发射时空分布)。

图1 ¹²⁴Sn+¹²⁴Sn实验中CSHINE 谱仪布局和原子核碰撞中粒子关联出射示意

        要捕捉这么宝贵的镜头，需要一个“超级相机” (实验谱仪)。最近，物理系肖志刚团队在自主研制的紧凑型重离子实验谱仪(CSHINE)上，安装了一套中子墙探测器（如图1所示）。之后用这套装备，在我国的重离子加速器研究装置(HIRFL)上，测量了接近20%光速的¹²⁴Sn与¹²⁴Sn原子核的碰撞，“拍摄”了数十万个中子-中子的牵手(关联)事件，得到中子-中子关联函数，通过仔细的标定、本底扣除和LL理论分析，提取了中子-中子之间相互吸引的强烈程度。用物理的语言来说，中子-中子的散射长度和有效程参数分别为 和(1fm = 10^-15m) 如图2(a)所示。同时，分析结果也给出，碰撞系统产生的中子出射源，出射时间约为几十fm/c (10^-22秒)，对应等时发射的空间尺寸为4.12±0.12fm，如图2(b)所示。这一结果澄清了长期以来不同间接方法测量结果之间的差异，同时为研究中子-中子相互作用与核力性质提供了一种全新的手段。

图2 (a) 由关联函数提取的中子-中子散射长度和有效程，(b) 中子发射源参数

      这个研究工作系首次在丰中子重原子核反应中进行的中子-中子关联函数测量。成果近期以“Extract neutron-neutron interaction strength and spatial-temporal dynamics of neutron emission from two-particle correlation function”为题发表于《物理评论快报》 [Phys. Rev. Lett. 134，222301 (2025)]。物理系2021级博士生司大伟(一作)、博士后王轶杰以及肖志刚教授为文章的共同通讯作者。这一工作得到了科技部、基金委和清华大学自主科研项目支持。

      实验背景：CSHINE是肖志刚带领的实验核物理小组历经10余年搭建的一个紧凑型重离子实验谱仪，它就像一个“超级相机”，能够给转瞬即逝的核反应过程拍“短视频”。利用这一装备，团队在同位旋计时学、高能韧致辐射光子探测以及核物质状态方程约束等方面，发表了一系列研究成果(背景链接:https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/110268.htm)。

文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.222301