大型強子對撞機造出迄今最小人造液滴

　　近日歐洲核子中心的大型強子對撞機(LHC)設備成功製造出迄今最小的原始物質「液滴」。這是宇宙在其誕生之初時物質所呈現的模樣，即大約138.2億年前的物質狀態

　　北京時間5月24日消息，據美國《探索》雜誌網站報道，近日歐洲核子中心(CERN)的大型強子對撞機(LHC)設備成功製造出迄今最小的原始物質「液滴」。這是宇宙在其誕生之初時物質所呈現的模樣，即大約138.2億年前的物質狀態。這一驚人成果是通過發射質子「子彈」高速轟擊鉛離子實現的，撞擊發生時形成一種近乎「鮮血四濺」的神奇效果。

　　藉助大型強子對撞機的數據，美國范德堡大學的物理學家們分析了撞擊發生後加速器內部的情況。此前在LHC裝置進行的都是質子-質子或者鉛-鉛原子核的高能級對撞實驗，因此此次使用質子去撞擊鉛原子核是一項全新的嘗試。

　　鉛原子核的質量是單個質子的208倍，因此其具有的能量也要相應的大得多。因此，當進行鉛-鉛對撞時也就要激烈的多。自從2010年以來，LHC裝置一直在開展鉛-鉛原子核的對撞實驗，揭示了大量有關大爆炸之後極早期宇宙情形的信息。為了進一步在這方面推進研究，研究人員使用質子去轟擊鉛原子核，並且實驗也取得了成功，但是數據分析需要時間，因此直到最近他們才得到了這一不同尋常的發現。

　　在對實驗產生的海量數據進行分析處理的過程中，范德堡大學的物理學家們注意到實驗中產生了一些極小的，由原始狀態物質組成的「液滴」。在這裡，實際上使用「極小」一詞已經不足以描述實際情形了：這一「液滴」的直徑僅大約相當於3~5個質子直徑，即氫原子直徑的大約10萬分之一，或者一個病毒大小的大約1億分之一。

　　朱利亞·維爾科夫斯卡(Julia Velkovska)是范德堡大學物理學教授，同時也是利用LHC-CMS探測器裝置開展原子核撞擊的科學家，他說：「這項發現似乎讓我們目睹了群體行為的起源。」他說：「不管我們使用的具體是什麼材料，在我們開始目睹類似流體的集體行為之前，總歸已經有大約50個亞原子粒子產生了出來。」

　　在大爆炸發生後的很短時間內，所有物質都處於非常高能高溫的狀態。物質和力混雜在一起形成一種無法分離的混亂狀態。隨著宇宙迅速膨脹並冷卻，物質開始從自然界基本力中分離出來。粒子物理學家最感興趣的點就在於一種名為「夸克-膠子等離子體」的物質狀態。通過使原子核以極高的速度實現對撞，科學家們就可以重現宇宙大爆炸極早期的情景，從而讓我們得以一窺138.2億年前宇宙的物質狀態。

　　在夸克-膠子等離子體狀態下，夸克還尚未與攜帶強作用力的膠子分離開來，理論上認為此時的這種物質狀態將會和氣體有些接近。因此，在2000年前後，物理學家們非常驚訝的發現夸克-膠子等離子體表現出集體行為，這是一種粒子間的相互影響效應。在質子-鉛原子核對撞實驗後，科學家們意識到原始等離子體的表現行為實際上更接近液體。

　　有趣的是，科學家們事先並沒有意識到質子-鉛原子核對撞的強度可以達到產生夸克-膠子等離子體的程度，這種撞擊理論上是不應該能達到這樣的能級的。維爾科夫斯卡表示：「質子-鉛原子核對撞就像是發射一發子彈穿過一顆蘋果，而鉛原子核對撞就像是將兩顆蘋果高速對撞。很顯然後者發出的能量要多得多。」

　　維爾科夫斯卡小組所分析的數據來自2012年9月份的實驗結果，但是他們無意中發現其中有大約5%的較為猛烈的質子-鉛原子核撞擊事件中表現出了集體行為。對此，唯一的解釋便是在質子(子彈)穿過鉛原子核(蘋果)形成的「孔洞」周圍出現了夸克-膠子等離子體的聚集，形成微小的「液滴」。由質子-鉛原子核撞擊形成夸克-膠子等離子體「液滴」的大小大約僅為鉛-鉛原子核對撞產生的相似現象的1/10左右，因此它便成了粒子對撞實驗中形成的最小尺度的夸克-膠子「液滴」。有關研究結果已經發表於近期出版的《物理快報B》上。(晨風)