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强子对撞机生成等离子态微滴:宇宙最初或为液态

作者:web    文章来源:互联网    点击数:    更新时间:2015-10-9

据国外媒体报道,欧洲粒子物理研究所科学家最新发现,利用大型强子对撞机可模拟宇宙大爆炸后瞬间存在的夸克-胶子等离子态物质。研究显示,宇宙大爆炸后形成的原始汤很可能呈液态,而不是之前天体物理学家推测的高热气体团。科学家认为,这种由100到200个亚原子粒子组成的等离子态微滴,是迄今为止发现的最小最完美的液滴。

欧洲粒子物理研究所科学家将质子与铅原子放入大型强子对撞机中进行对撞,模拟产生微小等离子态液滴。

  欧洲粒子物理研究所科学家将质子与铅原子放入大型强子对撞机中进行对撞,模拟产生微小等离子态液滴。

  最早的宇宙是液态吗?这看上去似乎更应该是一个哲学领域的问题。不过,借助全球最大的原子对撞机,科学家想弄清楚一个问题:液态微滴在变成气态之前,到底会有多微小。欧洲粒子物理研究所科学家利用大型强子对撞机制造出微小液滴,并宣称这是全世界最微小的液滴。该实验有助于科学家研究宇宙诞生初期的状态。一直以来,科学家试图模拟宇宙大爆炸情形,获得大爆炸后瞬间存在的由亚原子组成的“原始汤”,这是一种夸克-胶子等离子态物质。科学家将质子与铅原子放入大型强子对撞机中,在比太阳核心温度还要热25万倍的高温环境下进行对撞,产生了这种等离子态物质。夸克和胶子是一种基本粒子,能组成所有其它亚原子粒子及原子。在宇宙大爆炸后的短短几秒中,紧紧束缚这些亚原子粒子的强作用力减弱,导致夸克-胶子等离子体物质产生,形成一种由过热物质组成的奇特原始汤。根据大型强子对撞机实验成果,科学家认为由粒子组成的原始汤可能呈液态,而不是之前推断的高热气态。在瑞士与法国交界处的阿尔卑斯山脚的地下,科学家曾在这里利用大型强子对撞机产生过夸克-胶子等离子态物质,重现大爆炸后的瞬间宇宙状况。

  然而,在对这些等离子体物质进行检验后,科学家惊讶地发现,这种由100到200个亚原子粒子组成的等离子态微滴,更像是液态而不是气态,并且体积比一颗氢原子还小10万倍。这一发现表明,最初的宇宙极有可能是一种液体,而非许多天体物理学家认为的一团高热气体。该研究项目负责人指出:“这个实验结果令所有人感到惊讶,大家就此进行了激烈辩论。”与固体不同,液体有流动性,但分子或原子间的吸引力还比较大,又使它们不会分散远离。通过大型强子对撞机的铅-质子碰撞实验,研究人员对数据进行搜索,企图发现四、六、八个粒子组之间的关联。该项目负责人表示:“这些测量法证实,由100到200个亚原子粒子组成的微滴,有连贯的液体特性。”

在大型强子对撞机中,科学家将原子核高速对撞,再现宇宙大爆炸后的瞬间状态。

在大型强子对撞机中,科学家将原子核高速对撞,再现宇宙大爆炸后的瞬间状态。

  利用美国布鲁柯海文国家实验室的相对论重离子对撞机,科学家曾将金离子与氦离子进行对撞,同样得到过这种等离子态物质。实验中,他们发现在金离子表面出现了高热点,接着形成夸克-胶子等离子态微滴。这一研究发现曾刊登在《物理评论快报》杂志上,这种等离子态物质被认为不仅有液体特征,而且几近一种完美液体。完美液体意味着,它们没有粘性,流动时没有摩擦阻力,如果在玻璃杯中令其旋转,它们将无限运动下去。日本神户将于本周举行“夸克物质2015”大会,届时来自各国的科学家将就此次发现进行讨论。

  今年上半年,科学家宣布大型强子对撞机再立新功,发现了一种新的“五夸克粒子”。早在20世纪60年代,就有科学家曾预言存在一种看不见的粒子种类,但是直至如今才被发现。LHCb是欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一,专门被用来探索研究物质与反物质之间的细微差异。LHCb项目组发言人盖-威尔金森宣称:“五夸克粒子并不仅仅是一种新粒子,它还代表一种聚合夸克的方法,即普通质子与中子基本成分的结合模式,这在过去50年实验摸索中未能发现。通过研究五夸克粒子的特性,我们可以更好地了解组成世界的质子和中子构成普通物质的方式。”

  超环面仪器实验是欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机上的四个大型探测器之一,科学家利用该探测器曾发现,宇宙大爆炸后产生的过热等离子态物质具有稠密液体特性。此次最新研究表明,这种等离子态液体与我们熟知的任何物质都不一样。作为研究小组成员之一,茱丽-威尔科夫斯卡教授宣称:“尽管大型强子对撞机在碰撞时释放的能量,比相对论重离子对撞机在碰撞时释放的能量高出25倍之多,但是我们在微滴形成过程中没有发现太多差异。这意味着只要达到门槛,是否增加能量看起来区别并不明显。在我看来,这已经是最完美的液滴了。”



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