科学家在LHC中发现质子对撞产生夸克-胶子等离子体的新证据

作者: 灰小皮

来源: https://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys4111.html

发布日期: 2017-04-26

科学家在LHC中发现质子对撞产生夸克-胶子等离子体的新证据,这一发现迫使科学家们重新思考质子对撞的属性,并提醒他们或许在之前的实验结果中可能忽视掉的一些现象。

我们的宇宙诞生于大约138亿年前。就在大爆炸之后,宇宙是一锅炽热、致密的“粒子汤”。这锅汤的基本材料正是夸克和胶子,它们最终会结合形成我们所熟悉的质子、中子以及其它的强子。科学家已经可以在地球上创造出这一锅原始的粒子汤。他们通过将重离子相互对撞来制造这种被称为“夸克-胶子等离子体”(Quark-Gluon Plasma, QGP)的“粒子汤”。

科学家先前就在欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)和相对论重离子加速器(RHIC)中利用金-金和铅-铅的对撞产生夸克-胶子等离子体。LHC中的大型离子对撞实验(ALICE)团队有了新的发现。在他们刚发表在《自然 物理》期刊的一篇论文中指出了一个耐人寻味的现象,两束接近光速的质子相互对撞所产生的结果,有时与重原子核对撞所产生的结果相似。

这一发现迫使科学家们需要重新思考质子对撞的属性,也提醒他们或许在之前的实验结果中可能忽视掉的一些现象。在夸克-胶子等离子体中,中等大小的夸克——比如奇夸克——可以自由穿行,并最终结合成更大的复合粒子。当等离子消耗殆尽时这些强子会被喷射出来,被认为是来自粒子汤的迹象。ALICE的研究人员在质子-质子对撞实验中观测到许多奇异强子的产生。我们知道,在质子对撞实验中会产生许多不同的粒子。

此次,研究人员发现产生包含奇夸克的强子数量要比预期的多。有意思的是,在实验中观测到包含二至三个奇夸克的粒子数量要远高于预期。从理论上讲,奇异强子的增加并不足以绝对确认夸克胶子等离子体的存在,但它显然预示着在亚原子尺度上有一些未知过程发生。在LHC更早期的研究中,科学家发现在一些质子对撞中产生的粒子的空间方向与重离子对撞产生所产生的互为镜像,因而推测这两种不同的对撞或许存在更大的共同之处。

尽管如此,在确认是否创造出夸克-胶子等离子体前,ALICE的科学家还需要进一步的分析这些奇异的质子对撞的特性。现有的结果是基于分析LHC在2009-2013年间的数据,或许再过几年,科学家们就能确定LHC是否真的能通过质子对撞制造出夸克-胶子等离子体了。

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