大型强子对撞机的光子碰撞可能产生微小的原始宇宙流体滴

研究人员发现的证据表明，世界上最大的粒子加速器可能正在产生夸克胶子等离子体的微小液滴，这种物质在宇宙大后不久就存在了。这一意外发现可能会彻底改变我们对早期宇宙和物质基本组成部分的理解。

在位于瑞士和法国边境的大型强子对撞机(LHC)上，科学家们观察到粒子碰撞的模式，暗示夸克胶子等离子体的形成，而此前人们认为夸克胶子等离子体的形成是不可能的。这一发现挑战了现有的理论，为探索物质最基本的本质开辟了新途径。

揭开夸克胶子等离子体之谜

夸克胶子等离子体是一种极热的流体状物质状态，存在于宇宙大后几微秒内。在这种状态下，夸克和胶子(组成质子和中子的粒子)自由漂浮，而不是结合在一起。科学家将其描述为“完美”液体，因为它的粘度极低，流动起来甚至比水还容易。

通常情况下，夸克胶子等离子体是由重离子(如铅或金)在极高能量下碰撞产生的。这种碰撞仅在地球上两个地方发生：大型强子对撞机(LHC)和布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)。

然而，欧洲核子研究中心ATLAS合作项目的最新研究结果表明，这种奇异的物质状态也可能形成于更小的碰撞中——具体来说，就是当光粒子(光子)与铅离子碰撞时。

研究人员指出：“光子-离子碰撞后粒子的流动方式显示出与夸克-胶子等离子体相关的独特椭圆形图案。”这一观察结果出乎意料，因为人们认为光子缺乏足够的能量来熔化大质量铅核中的质子和中子。

量子物理学提供了一种可能的解释

为了解释这一现象，科学家们开始求助于量子物理学。他们提出，量子涨落使两个光子相互作用，形成夸克-反夸克对，这可能会短暂地形成一种称为rho介子的中间粒子。与单个光子不同，rho介子与铅离子碰撞可能会产生足够的冲击力，从而产生夸克胶子等离子体。

布鲁克海文国家实验室和韦恩州立大学的理论物理学家已经调整了现有的流体动力学计算来模拟这些光子-离子碰撞。他们的计算结果与大型强子对撞机的实验数据一致，支持了这些碰撞确实形成“强相互作用流体”的可能性——可能是夸克胶子等离子体的微小液滴。

研究小组表示：“这些研究表明，这些小得多的碰撞实际上可能形成微小的夸克胶子等离子体液滴。”

重要性：这项研究可以大大扩展我们对早期宇宙和物质基本性质的理解。如果得到证实，在更小、更受控制的碰撞中产生夸克胶子等离子体的能力可以为科学家提供研究这种奇异物质状态的新工具。它还可能让我们深入了解粒子如何获得质量以及将夸克结合在一起的强大核力。

这一发现的意义不仅限于粒子物理学。了解物质在极端条件下的行为对于从天体物理学到材料科学等领域都至关重要。它可能会催生出具有独特性能的新技术或材料。

随着科学家继续分析大型强子对撞机的数据并为未来在电子离子对撞机等设施进行的实验做准备，他们希望最终确认这些光子-离子碰撞是否确实产生了夸克-胶子等离子体。这项研究表明，有时，最重要的发现来自于以新的方式审视现有的实验。

夸克胶子等离子体的研究仍是一个复杂且不断发展的领域。虽然这些发现令人兴奋，但研究人员警告称，还需要做更多的工作才能最终证明光子-离子碰撞中夸克胶子等离子体的形成。未来的实验和理论工作将旨在解决剩余的问题，并探索这一具有突破性意义的发现的全部含义。

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