最初的宇宙物质:几乎完美的“夸克汤”像大爆炸一样膨胀

发布日期:2019-10-07

    据国外媒体报道,宇宙是在一次大爆炸中形成的,随后,恒星和星系并没有立即诞生。科学家们相信原始宇宙物质是一种几乎完美的夸克液体,夸克是已知的最小的原子成分。目前,科学家已经在高能粒子碰撞实验中发现了夸克液体存在的证据。越来越多的证据表明,这些液体可以以意想不到的方式形成,爆炸性地产生向外流动的微小液滴,如小液体爆炸。科学家正在研究如何控制这个过程。范德堡大学的Julia Velkovska教授说:“事实上,我们可以通过选择射弹的类型来设计液滴的形状。简单地说,我们可以设计出令人难以置信的“夸克汤”液滴,它们以类似于大爆炸的方式膨胀。原子由电子、质子和中子组成,而中子和电子由夸克组成。夸克和胶子粒子粘在一起。胶子理论上是无质量的粒子。夸克是不可能分开的。如果你投入足够的能量试图将它们分开,更多的夸克会突然出现在太空中,可能导致新的粒子“喷发”。在大约2万亿摄氏度的温度下,这个系统变成了具有夸克而不是原子的液体。作为组分,液体被称为“夸克-胶子等离子体”,有时被称为“夸克汤”。_这里有三滴夸克汤。越来越多的证据表明,这些液体会以意想不到的方式形成,爆炸性地产生向外流动的微小液滴,就像瑞士日内瓦的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)和布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的相对论重离子对撞机(RHIC)的科学家所说的那样,夸克汤是由科尔公司制造的,已经有十年了。具有原子核。从历史上看,但令人惊讶的是,越来越多的证据表明,较小的系统可以用来制造夸克汤,或者甚至仅仅是质子,而科学家以前认为这是不可能的。在相对论重离子对撞机上的菲尼克斯实验是理解这种奇怪的液体如何形成的下一步。美国科罗拉多大学博尔德分校的副教授Dennis Perepelitsa是PHENIX实验的合著者。他说:“五年前,如果有人认为这些几乎为零的物质(飞行米或更小)可能具有多体、集体动力学,那么它就被认为是一个非常极端的理论。这份报告“完全证实”了一些重要的事情正在发生——夸克汤中微小液滴的形成潜能。PHENIX实验的研究人员宣布了对相对论性重离子对撞机从2014年以来收集的数据进行建模和分析的结果。碰撞的质子束形成夸克汤球形液滴,它们是圆形的。氘核(质子和中子)与金核的碰撞将形成膨胀的圆形结构。氦-3核(两个质子和一个中子)和金核的碰撞将形成膨胀的三角形结构。最新的研究发表在《自然物理学杂志》上。这是一个令人兴奋的发现,进一步的证据表明,科学家能够以意想不到的方式创造出这些理论上存在于宇宙第一闪光中的奇异液体。但是所谓的“集体流”——在这个实验报告中夸克作为一个单元的运动和流动,只是这种液体的一个特征。在2017年,科学家在大型强子对撞机的ALICE实验中发现了另一个特征:奇异夸克的数量突然增加。Pereplitsa解释说,在金原子碰撞中发现的小核的碰撞仍然缺乏第三个特征,即射流猝灭,这抑制了高能碰撞中夸克和胶子产生的粒子的流动,这种碰撞通常发生在科学实验中。我们还没有在小系统中清楚地看到这种现象。尽管在P-Pb(质子对铅)数据中发现了一些有趣的提示,但是在小系统中仍然缺乏清晰的观测数据,这表明也许我们需要重新思考这些数据在大系统中传达给我们什么信息,”他说。也许系统太小,不能对注射产生重大影响。科学家们接下来将理解质子碰撞产生的夸克汤是如何转化成所有这些碎片中的核碰撞产生的夸克汤的。关于物质的这种令人难以置信的相位特性,物理学家们将会得到什么信息?这些问题是关于新的加速器和探测器的,由于大型强子对撞机的各种改进,这些探测器将离线两年。布鲁克海文国家实验室的相对论性重离子对撞机的“凤凰”实验将升级为“凤凰”实验。也许新的实验将开阔科学家的视野,使他们洞察早期宇宙的本质。维尔科维卡说,这是科学家们利用人类可控的方法研究宇宙最基本性质的最普遍的水平,这本身就是一个伟大的研究成果。