在對撞機實驗中重現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展，這些條件類似于Big Bang.

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

這項研究由來自巴塞羅那大學、印度理工學院和德克薩斯 A&M 大學的國際團隊進行，重點關注含有重夸克的粒子，這些夸克是現存一些最大質量粒子的組成部分。

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

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

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

當這種極熱的等離子體冷卻時，它會轉化為強子物質，強子物質是一個由質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。了解這種轉變有助于科學家拼湊出物質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構化物質的。

在這些極端環(huán)境中，重夸克就像微型傳感器。因為它們的質量如此之大，所以它們比較輕的粒子移動得更慢，并且與周圍環(huán)境的相互作用也不同。這使它們成為探測它們所穿過的熱、致密物質特性的理想選擇。

把它想象成把一個沉重的球扔進擁擠的游泳池里。即使在最初的飛濺和最大的海浪平息之后，球仍會繼續(xù)撞擊游泳者并在水中移動。同樣，在核碰撞中產生的重粒子會繼續(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，這項新研究表明，隨后的冷卻階段——當系統轉化為強子物質時，在決定粒子的行為方式以及科學家在實驗中可以觀察到的內容方面起著至關重要的作用。

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

這些相互作用會影響粒子流型和能量損失等可測量量，從而提供有關極端條件下物質基本特性的寶貴數據。

“當系統已經冷卻下來時，這個階段仍然對顆粒如何失去能量并一起流動起著重要作用。忽視這個階段就意味著錯過了拼圖的關鍵部分。來自巴塞羅那大學的 Juan M. Torres-Rincón。

了解熱物質中的重粒子行為對于繪制早期宇宙的特性和控制它的基本力量至關重要。這些發(fā)現還為未來較低能量的實驗奠定了基礎，包括計劃在 CERN 的超級質子超級同步加速器和即將在德國的 FAIR 設施進行的研究。

這項研究有助于回答有關我們的宇宙如何從最早的時刻演化成我們今天觀察到的復雜宇宙的基本問題。

通過在最極端的條件下研究物質，科學家們不斷解開我們起源的秘密和塑造現實本身的力量。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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