强子对撞机重造"宇宙汤":早期宇宙更接近液体

2016-02-16 07:44:00 新浪科技 分享
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在大爆炸之后的几亿分之一秒内,宇宙中就充满了一种极为滚烫、稠密的“汤”状物质。研究人员近日利用日内瓦的大型强子对撞机,重新制造出了这一混合物的微缩版。

图中显示,当两个原子核将对方撞离中心后,便形成了一小滴两端被拉长的夸克-胶子等离子体。由于该粒子的两端较尖,我们得以弄清夸克-胶子等离子体的性质,如黏性等。

北京时间2月16日消息,在大爆炸之后的几亿分之一秒内,宇宙中就充满了一种极为滚烫、稠密的“汤”状物质。

研究人员近日利用日内瓦的大型强子对撞机,重新制造出了这一混合物的微缩版。为了得到这一结果,他们让铅原子以极高的能量、在长达27公里的粒子加速器中相撞。

该实验将帮助我们更好地理解,为什么早期的宇宙更像是一种液体,而非像一些科学家提出的那样,是滚烫的气体。

这锅由原始物质组成的“汤”是一种所谓的“夸克-胶子等离子体”。通过重新制造这一物质,玻尔研究所的研究人员们得以对该物质的特性展开调查。

夸克和胶子都是组成亚原子粒子和原子的基本粒子。在宇宙大爆炸的几秒钟后,原本用来将这些亚原子粒子结合在一起的力被削弱了,从而产生了一种名叫夸克-胶子等离子体的物质——它如同一锅奇怪的“汤”,里面充满了各种滚烫的物质。但这锅“原始粒子汤”并非像科学家原本设想的那样,是一种极热的气体,事实上,它更像是一种液体。

“在对本次原子碰撞进行分析之后,我们得以在有史以来最高的能量级别上,首次研究夸克-胶子等离子体的具体性质,并研究它流动的方式。”玻尔研究所的一名博士后You Zhou表示。

该项目的研究重点是夸克-胶子等离子体的共有性质。即使在能量密度极高的情况下,该状态的物质也能以类似液体的形式存在。

研究人员使用了新的测量方法来研究粒子之间的联结情况,从而精确地测量出了这种液体的黏性。

Zhou解释称,他们采用的实验方法非常先进。其理论依据是,当两个球形原子核相撞时,会将对方撞得稍微偏离原子中心。因此,夸克-等离子体的形状两端被稍稍拉长了一些,有点像美式橄榄球。

这意味着,在这颗极为滚烫的“液滴”中,中心与表面之间的压力差在各轴线方向上是不同的。因此,科学家在测量碰撞产生的粒子数量时,便能够发现其特性的变化。

“仅仅利用一滴少的不能再少的‘早期宇宙’物质,我们就能进行如此精细的测量,这着实是一件壮举。”哥本哈根大学玻尔研究所ALICE研究组的组长Jens J?rgen Gaardh?je表示。

“研究结果完全符合流体力学定律,并且说明夸克-胶子等离子体的形态类似于液体。”

“不过,这是一种非常特殊的液体,而且和水不一样的是,它不是由分子组成的,而是由夸克和胶子等基本粒子构成的。”(叶子)

责编:李文瑶