山東
IT之家 7 月 19 日消息，經過二十多年的探索，科學家終于首次觀測到了一種存在于高溫、高密度粒子“湯”中的特殊現象，這種粒子“湯”與宇宙大爆炸瞬間充斥宇宙的物質形態相似。該發現有望幫助宇宙學家進一步理解宇宙早期極端高溫、高密度環境下的演化過程。
世界上最強大的粒子加速器 —— 大型強子對撞機（LHC），會定期制造這種被稱為“夸克-膠子等離子體”的物質。研究人員通過讓鉛等重元素的原子核發生高速碰撞，產生大量被稱為“噴流（jet）”的粒子束，而這種熾熱且致密的粒子“湯”正是在這一過程中形成的。
這是研究夸克-膠子等離子體的必要手段，因為在現代宇宙中，夸克和膠子（統稱為“部分子”）從未以自由狀態存在，而是始終結合在一起，組成質子、中子等粒子。因此，只有借助將原子以接近光速的速度相撞所產生的能量，才能釋放這些部分子，形成這種被稱為“夸克-膠子等離子體”的高溫物質狀態。
當粒子穿過夸克-膠子等離子體時，會向這一介質釋放能量和動量。這一過程理論上應該會在原始粒子湯中形成類似船只穿過海洋時留下的尾流。但過去二十年里，研究人員一直未能直接觀測到這種被稱為“擴散尾流（diffusion wake）”的現象。
直到現在，情況才有所改變。
“觀測并量化夸克-膠子等離子體中的擴散尾流，為精確研究這種物質的性質和動力學打開了新的大門，也將為理解早期宇宙的演化提供新的線索。”研究團隊負責人、美國伊利諾伊大學芝加哥分校（UIC）的拉古納特 · 普拉丹（Raghunath Pradhan）表示。
尋找粒子尾流的新方法
此前，科學家尋找這種波動信號的方法，主要是利用大型強子對撞機制造同時產生噴流和一種名為“Z 玻色子”的粒子事件。
雖然這種方法曾提供了一些粒子尾流存在的證據，但尾流產生的信號非常微弱，很容易被其他與噴流相關的效應淹沒。因此，這些觀測結果的統計可信度不足，無法被認定為正式發現。
為了尋找這種尾流信號，研究團隊采用了一種不同的方法。他們利用大型強子對撞機讓兩個鉛原子核發生碰撞，產生方向相反的粒子噴流，這類事件被稱為“雙噴流事件（dijet event）”。
這種獨特的事件結構，使研究人員能夠更容易地將尾流信號從周圍的噪聲中分離出來。
研究團隊的測量結果顯示，在噴流運動方向的后方，粒子數量明顯減少，尤其是在較低動量區域，這正是理論預測中擴散尾流應該呈現出的特征。
研究人員發現，最明顯的尾流信號出現在更加中心化的鉛-鉛碰撞過程中，因為這類碰撞能夠產生更多的夸克-膠子等離子體。
“這一觀測成果是數十年來尋找尾流現象努力的最終結果。理論早在 20 多年前就預測了這一現象，但它一直難以在實驗數據中被發現。”研究團隊另一位負責人、UIC 大學的奧爾加 · 葉夫多基莫娃（Olga Evdokimov）表示。
IT之家注意到，該團隊的研究論文已于 6 月 25 日被《物理評論快報》（Physical Review Letters）接受發表。
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