在對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中重現(xiàn)的早期宇宙的極端條件

一組研究人員在了解宇宙中一些最重的粒子在極端條件下的行為方面取得了進(jìn)展，這些條件類似于Big Bang.

發(fā)表在物理報(bào)告對(duì)塑造我們宇宙的基本力量提供了新的見解，并繼續(xù)指導(dǎo)其今天的演變。

這項(xiàng)研究由來自巴塞羅那大學(xué)、印度理工學(xué)院和德克薩斯 A&M 大學(xué)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，重點(diǎn)關(guān)注含有重夸克的粒子，這些夸克是現(xiàn)存一些最大質(zhì)量粒子的組成部分。

這些粒子被稱為魅力和底部強(qiáng)子，為在地球上幾乎不可能自然重建的條件下理解物質(zhì)提供了獨(dú)特的窗口。

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為了研究這些極端條件，科學(xué)家們使用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) （LHC） 和相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī) （RHIC） 等大質(zhì)量粒子加速器以接近光速將原子核碰撞在一起。

這些碰撞產(chǎn)生的溫度比太陽中心高 1,000 倍以上，短暫地產(chǎn)生了物質(zhì)狀態(tài)稱為夸克膠子等離子體，是大爆炸后幾微秒內(nèi)存在的基本粒子的“湯”。

當(dāng)這種極熱的等離子體冷卻時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)子物質(zhì)，強(qiáng)子物質(zhì)是一個(gè)由質(zhì)子和中子等熟悉的粒子以及其他稱為重子和介子的奇異粒子組成的相。了解這種轉(zhuǎn)變有助于科學(xué)家拼湊出物質(zhì)在早期宇宙中是如何從混沌的基本粒子湯演變成我們今天看到的結(jié)構(gòu)化物質(zhì)的。

在這些極端環(huán)境中，重夸克就像微型傳感器。因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量如此之大，所以它們比較輕的粒子移動(dòng)得更慢，并且與周圍環(huán)境的相互作用也不同。這使它們成為探測(cè)它們所穿過的熱、致密物質(zhì)特性的理想選擇。

把它想象成把一個(gè)沉重的球扔進(jìn)擁擠的游泳池里。即使在最初的飛濺和最大的海浪平息之后，球仍會(huì)繼續(xù)撞擊游泳者并在水中移動(dòng)。同樣，在核碰撞中產(chǎn)生的重粒子會(huì)繼續(xù)與周圍的其他粒子相互作用，即使在最熱和最混亂的階段過去之后也是如此。

以前的研究主要集中在最初的、極熱的夸克-膠子等離子體相上。然而，這項(xiàng)新研究表明，隨后的冷卻階段——當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)子物質(zhì)時(shí)，在決定粒子的行為方式以及科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中可以觀察到的內(nèi)容方面起著至關(guān)重要的作用。

研究人員研究了重強(qiáng)子，特別是 D 和 B 介子（包含魅力夸克和底夸克的粒子）在這個(gè)過渡期內(nèi)如何與較輕的粒子相互作用。

這些相互作用會(huì)影響粒子流型和能量損失等可測(cè)量量，從而提供有關(guān)極端條件下物質(zhì)基本特性的寶貴數(shù)據(jù)。

“當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)冷卻下來時(shí)，這個(gè)階段仍然對(duì)顆粒如何失去能量并一起流動(dòng)起著重要作用。忽視這個(gè)階段就意味著錯(cuò)過了拼圖的關(guān)鍵部分。來自巴塞羅那大學(xué)的 Juan M. Torres-Rincón。

了解熱物質(zhì)中的重粒子行為對(duì)于繪制早期宇宙的特性和控制它的基本力量至關(guān)重要。這些發(fā)現(xiàn)還為未來較低能量的實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)，包括計(jì)劃在 CERN 的超級(jí)質(zhì)子超級(jí)同步加速器和即將在德國(guó)的 FAIR 設(shè)施進(jìn)行的研究。

這項(xiàng)研究有助于回答有關(guān)我們的宇宙如何從最早的時(shí)刻演化成我們今天觀察到的復(fù)雜宇宙的基本問題。

通過在最極端的條件下研究物質(zhì)，科學(xué)家們不斷解開我們起源的秘密和塑造現(xiàn)實(shí)本身的力量。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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