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科学家制出全新物质形态“夸克胶子等离子体”

2018-12-06 19:02:25
科学家制出全新物资形态“夸克胶子等离子体” 美国能源部下属的布鲁克黑文国家实验室科学家于正在佛罗里达州坦帕举行的美国物理学学会会议上宣布,他们利用相对论重离子对撞机制造出了“夸克胶子等离子体”。

这是一种全新的物质形态,曾广泛存在于宇宙诞生后的百万分之几秒内。

现有物理学理论认为,宇宙诞生后的百万分之几秒内,宇宙中曾存在过一种被称为“夸克胶子等离子体”的物质。

在“夸克胶子等离子体”中,夸克和胶子等基本粒子以自由状态存在。

它们随宇宙的冷却结合形成质子和中子等亚原子粒子,后者又形成原子核,终究产生原子以及今天的宇宙万物。

在宇宙现有物资中,夸克等被束缚在质子和中子内,无法独立存在。

布鲁克黑文国家实验室下属的高能与核物理实验室研究人员从2000年6月起,让金原子核以接近光速的速度相撞,试图以相撞产生的巨大能量和温度“融解”质子和中子,使夸克以自由形态释放出来。

研究人员在实验室中创造出相当于15万倍太阳中心温度的高温及足以形成夸克胶子等离子体的能量。

研究人员原认为,在如此高的温度和能量状态下,被释放出的夸克应当像气体一样“随意地飞翔”。

然而,2000年至2003年三年中的数据分析结果表明,在相对论重离子对撞机中金原子核相撞产生的物质更接近液态。

结果发现,相撞产生的原始粒子根据金原子核相撞产生的不同压力变化在“集体移动”,好像一个鱼群在游动。

由于这类运动方式与液体运动的性质十分相似,研究人员将其称为“流动”。

这种运动接近一种“完善”状态,可以用流体动力学方程来解释。

流体动力学方程适用于理想状态下的液体,“完美液体”的黏性极低,并具有能够随着内部粒子之间的高强度相互作用而迅速到达热平衡状态的能力。

而对撞机中产生的物质其黏性极低,已经达到量子机制的极限状态,符合“完美液体”的特征。

这1成果发表在《核物理学A》杂志上。

研究人员认为,夸克胶子等离子体呈液体状态,为研究宇宙在诞生后的初形态提供了新的见解,宇宙在诞生后的百万分之几秒内可能就是一种“完美的液态”。

另外,新发现还可能对物理学中的“弦论”产生影响。

弦论是以十维空间的概念来解释宇宙的性质,描述重力在黑洞附近的活动情况,并能解释夸克如何在夸克胶子等离子体中运动。

美国能源部长塞缪尔·博德曼表示,布鲁克黑文国家实验室的这项成果是物理学界一次具有历史意义的重大进展。

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