科學(xué)家創(chuàng)造出迄今溫度zui高密度zui大核材料

迷你版宇宙大爆炸

　　工業(yè)爐窯的zui高溫度達(dá)一千度，不過，與粒子在接近光速的速度時(shí)相互撞擊產(chǎn)生的溫度相比，簡(jiǎn)直不值一提。12月2日，歐洲核子研究中心(CERN)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家公布了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的*批結(jié)果。在這次實(shí)驗(yàn)中，鉛原子核在17英里(約合27公里)長(zhǎng)的環(huán)形隧道運(yùn)行，接著迎面相撞，在數(shù)萬億度的高溫條件下瞬間生成物質(zhì)微粒。

　　雖然鉛原子核對(duì)撞產(chǎn)生的迷你火球稍縱即逝，但安放在附近的大型探測(cè)器仍能快速做出反應(yīng)，分析向外流動(dòng)的無數(shù)殘骸粒子。法國(guó)巴黎綜合理工學(xué)院的波爾克·威斯洛奇(Bolek Wyslouch)在歐洲核子研究中心的會(huì)議上發(fā)言時(shí)說：“這是人類迄今在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造的溫度zui高的核物質(zhì)。”威斯洛奇是緊湊渺子線圈(CMS)任務(wù)小組的代表，該任務(wù)團(tuán)隊(duì)利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的一臺(tái)巨型探測(cè)器去觀察鉛原子核相撞。

　　歐洲核子研究中心第二臺(tái)大型探測(cè)器ALICE任務(wù)團(tuán)隊(duì)代表尤根·舒克拉夫特(Juergen Schukraft)在這次討論會(huì)上也表示：“我喜歡稱之為‘迷你大爆炸’。”言下之意，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的重離子高能對(duì)撞僅僅是迷你版本的宇宙大爆炸。宇宙便是誕生于發(fā)生在大約140億年前的大爆炸。實(shí)際上，在能量密度和溫度方面，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的迷你火球的狀況均類似于早期宇宙在大爆炸后瞬間的狀況。

夸克—膠子等離子體

　　在此之前，還從未有這么多的能量——這次實(shí)驗(yàn)是數(shù)百萬億電子伏特(簡(jiǎn)稱TeV)——被故意存儲(chǔ)于僅相當(dāng)于幾個(gè)質(zhì)子大小的空間內(nèi)。質(zhì)子是每個(gè)原子核的基本組成部分，大小僅是原子本身的萬分之一左右。加速器研究項(xiàng)目的科學(xué)家往往將電子伏特作為能量單位，因?yàn)檫@是電力加速生成的電子所獲得的能量。

　　當(dāng)兩個(gè)含有數(shù)百個(gè)質(zhì)子和中子的鉛原子核幾乎迎頭相撞，而且每個(gè)質(zhì)子和中子的能量都達(dá)到1.4電子伏特時(shí)，那會(huì)發(fā)生什么事情？據(jù)物理學(xué)家介紹，當(dāng)它們相撞和相互作用時(shí)，質(zhì)子與中子會(huì)融化變成稱為夸克和膠子的更為基本的組成部分。結(jié)果，就形成了由數(shù)百個(gè)相互間強(qiáng)烈作用的粒子構(gòu)成的熾熱液體——物理學(xué)家稱之為“夸克—膠子等離子體”。

　　今年初，美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室相對(duì)論性重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)項(xiàng)目科學(xué)家公布了這臺(tái)對(duì)撞機(jī)令金原子核撞擊生成夸克—膠子等離子體的數(shù)據(jù)。據(jù)他們介紹，夸克—膠子等離子體的溫度高達(dá)4萬億度，是有史以來在實(shí)驗(yàn)室中獲得的zui高溫度。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目科學(xué)家尚未直接測(cè)量實(shí)驗(yàn)生成的夸克—膠子等離子體的溫度。

動(dòng)量平衡或被打破

　　舒克拉夫特說，由于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)對(duì)撞實(shí)驗(yàn)的能量密度大概是相對(duì)論性重離子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的三倍，生成的夸克—膠子等離子體溫度自然也會(huì)更高。接下來幾周，科學(xué)家將在多份科學(xué)期刊上詳細(xì)描述大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)重離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)結(jié)果。負(fù)責(zé)操作大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)第三臺(tái)探測(cè)器ATLAS的科學(xué)家報(bào)告稱他們觀測(cè)到對(duì)撞實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)了巨大噴流。

　　一束噴流是強(qiáng)大的圓錐形能量，在對(duì)撞不久后以飛行粒子的形式從火球中出現(xiàn)。科學(xué)家認(rèn)為，如果強(qiáng)大噴流從一側(cè)噴射而出，另一側(cè)應(yīng)該也有互補(bǔ)噴流以達(dá)到動(dòng)量平衡。然而，在許多對(duì)撞事件中，科學(xué)家僅觀測(cè)到一束噴流。在即將刊登于《物理評(píng)論快報(bào)》雜志的論文中，ATLAS項(xiàng)目科學(xué)家會(huì)詳細(xì)描述鉛原子核對(duì)撞實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的噴流之間動(dòng)量不平衡的*例證。

　　另一束消失不見的噴流究竟到哪里去了？ATLAS項(xiàng)目小組代表布萊恩·科爾在歐洲核子研究中心會(huì)議上發(fā)言時(shí)表示，夸克—膠子等離子體本身或許在向外運(yùn)行時(shí)吸收了部分或全部噴流。這一過程并不一定要達(dá)到均衡?？茽栐谡劦絻墒U離子如何迎頭撞擊時(shí)說：“兩束噴流越迎面撞擊，就越不對(duì)稱。”

ATLAS項(xiàng)目小組另一位科學(xué)家彼得·斯坦伯格(Peter Steinberg)說，科學(xué)家原本估計(jì)到部分噴流能量可能會(huì)被吸收，但對(duì)某些情況下噴流似乎*被吸收的情況仍感到十分吃驚。科學(xué)家希望，可以利用兩束噴流外形不對(duì)稱來理解在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造的zui稠密物質(zhì)的前所未見的特性。