早期宇宙充滿許多謎團(tuán)，但如今我們至少可以確定它曾經(jīng)是一鍋濃湯。在大爆炸后的瞬間，極端的溫度和壓力把物質(zhì)變成了一堆稠密的微小粒子。到底有多稠密？科學(xué)家直到現(xiàn)在才弄清楚。

夸克和膠子是組成質(zhì)子和中子的基本粒子。這些粒子通常結(jié)合在一起，但是科學(xué)家相信，大爆炸后的極端條件使它們以濃湯的形式分離開來，這一濃湯被稱為"夸克-膠子等離子體"。在《物理學(xué)快報(bào)B》最近刊登的一篇論文中，歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)底夸克實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的科學(xué)家和麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家首次觀察到并證實(shí)了夸克-膠子等離子體確實(shí)是一種液體。研究人員告訴麻省理工學(xué)院新聞網(wǎng)站說，等離子體內(nèi)的夸克在快速穿過這種物質(zhì)時(shí)會產(chǎn)生波，"就像鴨子在水中劃過的漣漪一樣"。

麻省理工學(xué)院物理學(xué)家、該研究的領(lǐng)頭人李延杰說："現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)等離子體的密度極大，足以讓夸克慢下來，像液體一樣飛濺、翻騰。所以夸克-膠子等離子體就是宇宙的原始濃湯。"

宇宙稠如湯的時(shí)代。關(guān)于宇宙形成極早期的事情，科學(xué)家掌握的確鑿證據(jù)很少。物理學(xué)家提出了許多理論和模型來描述宇宙早期的樣子。但是，因?yàn)轵?yàn)證這些理論模型難度很大，科學(xué)家不敢妄下結(jié)論。盡管如此，夸克-膠子等離子體是少有的被科學(xué)家一致認(rèn)同的概念之一。在沸騰溫度達(dá)數(shù)萬億度的原始濃湯冷卻后產(chǎn)生了組成宇宙萬物的質(zhì)子和中子。麻省理工學(xué)院物理學(xué)家克里希納·拉賈戈帕爾設(shè)計(jì)的一個(gè)模型指出，粒子穿過夸克-膠子等離子體時(shí)應(yīng)該會在等離子體中產(chǎn)生尾流，像液體一樣泛起漣漪和飛濺開來。拉賈戈帕爾并沒有參與這項(xiàng)新研究。

研究宇宙濃湯。這項(xiàng)新研究用Z玻色子作為標(biāo)記來追蹤夸克在等離子體中的運(yùn)動，證實(shí)了拉賈戈帕爾關(guān)于夸克-膠子等離子體的論述。Z玻色子是一種電中性的弱相互作用粒子。研究者假設(shè)，由于Z玻色子對等離子體幾乎沒有影響，所以等離子體中的任何波狀運(yùn)動都是夸克引起的。為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)使用了歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)的數(shù)據(jù)。研究人員表示，但是考慮到夸克-膠子等離子體的不穩(wěn)定性，即便是世界上最強(qiáng)大的粒子加速器也只能讓這一稠密"液滴"維持不到千萬億分之一秒。

該團(tuán)隊(duì)查閱了130億次碰撞的數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有2000次碰撞產(chǎn)生了他們要找的Z玻色子。他們接著根據(jù)夸克-膠子等離子體液滴的能量水平繪制了其中每次碰撞的數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了"流體般的漩渦飛濺狀"，也就是拉賈戈帕爾的模型所預(yù)測的尾流效應(yīng)。

理解宇宙的早期。更重要的是，研究人員預(yù)期這項(xiàng)新研究的方法將大大提升我們對早期宇宙物質(zhì)的理解。后續(xù)研究將會查明這些尾流的具體大小、速度和范圍，從而揭示更多等離子體的特性。

沒有參與該研究的西班牙奧維耶多大學(xué)物理學(xué)家丹尼爾·帕布洛斯告訴麻省理工學(xué)院新聞網(wǎng)站說："（這項(xiàng)研究）首次為這一基本現(xiàn)象找到了干凈、清晰、確鑿的證據(jù)。"李延杰補(bǔ)充說："我們首次獲得了夸克在移動時(shí)確實(shí)拖拽等離子體的直接證據(jù)。這將讓我們可以對這種奇特液體的特性和行為進(jìn)行史無前例的細(xì)致研究。"

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