丹麦科学家发现，早期宇宙的状态竟然是流动的

据美国科学促进会（AAAS）旗下网站EurekAlert!10月15日消息称，丹麦哥本哈根大学（University of Copenhagen）尼尔斯•玻尔研究所（Niels Bohr Institute）的粒子物理学家们在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上的研究取得了最新成果，他们用氙离子取代了通常用于粒子碰撞的铅离子。

氙是一种“较小”的原子，其原子核中的核子相对较少。当这种离子发生碰撞时，科学家们创造出了一个“火球”，而这个球体内部温度超过几万亿摄氏度的微观环境是对宇宙初始状态的再现。不过，与宇宙形成对比的是，在实验室中产生的夸克-胶子等离子态物质（quark-gluon plasma，简称QGP）液滴的寿命是非常短的，只有一眨眼的功夫（用技术术语来说，只有10～22秒）。在这样的条件下，夸克和胶子的密度非常大，并且会形成一种特殊的物质状态——其中夸克和胶子是准自由的（被称为具有强烈相互作用QGP）。该实验表明，原始物质在原子形成之前的瞬间具有如同液体般的特性，并且可以用流体力学来理解和描述。

尼尔斯•波尔研究所的实验亚原子物理学研究小组博士后研究员You Zhou解释道：“我们面临的挑战之一是，在重离子发生碰撞时，我们可以直接获得的信息仅限于在实验中被检测到的众多粒子的最终状态，但是我们还想知道的是，在碰撞之初和碰撞开始几分钟后发生了些什么。我们已经开发出了新型的强大工具来研究我们在实验中创造的QGP（也就是早期宇宙）小液滴的特性。”

科学家们致力于研究在碰撞中产生的成千上万的粒子的空间分布，而这种碰撞发生在夸克和胶子被当今宇宙的组成粒子所俘获之时。这些空间分布结果不仅反映了碰撞初始时的几何形态，而且对QGP的特性非常敏感——它可以被看作是一种被流体动力学所驱动的流体运动。夸克-胶子等离子体的输运特性将决定碰撞后产生的粒子云的最终形状，所以这就是科学家接近QGP诞生时刻的手段。

各向异性粒子分布的程度，特别是在某些特定方向上存在更多粒子的事实，反映透露了三条主要信息：第一，如前所述，碰撞初始的几何形态；第二，碰撞核子内部普遍存在的条件；第三，夸克-胶子等离子体本身的切变粘度。切变粘度意味着液体对流体运动的阻力，也是所产生物质的一个关键的物理特性。You Zhou补充道：“这是对夸克-胶子等离子体的特性进行定义的最重要参数之一，因为它会告知我们胶子粘合夸克的强度。”

You Zhou最后指出：“通过让新的氙离子发生碰撞，我们对描述实验结果的理论模型施加了非常严格的约束条件。无论初始条件如何，采用的是铅还是氙，该理论都必须能够同时描述它们两种情况。如果科学家声称夸克-胶子等离子体具有某种特性，那么该模型必须与描述这两种情况的数据同时吻合。因此，通过这一新的实验，对“原始汤（宇宙的最初状态）”的实际性质进行更深入了解的可能性被大大增强了。这个团队还计划通过对其他原子核系统进行碰撞实验，以进一步限制产生这一物理效应的条件，但是这需要进一步开发和升级大型强子对撞机的新型光束。

科界原创  

编译：朱明逸 

审稿：alone  

责编： 张梦

原文链接： https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-10/fos--tso101518.php

版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。