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物理学家制作'夸克汤'来研究早期宇宙

作者:admin发布时间:2018-12-22 12:49

膨胀的夸克 - 胶子等离子体的液滴形成不同的几何形状,这取决于用于产生它们的颗粒。

通过以接近光速的速度将小颗粒撞击到重金核中,科学家们创造了一种微小的,超热的液滴,这种微小的物质被称为夸克 - 胶子等离子体(QGP)。大爆炸后不久的整个宇宙。

创造这样一个“夸克汤”本身就是一项艰巨的任务; QGP的第一个样本是在不到20年前通过将两个重原子粉碎在一起而产生的。但对于这项新研究,这项研究是作为布鲁克海文国家实验室PHENIX实验的一部分进行的,研究人员不仅仅创造了这种物质。

他们表明可以通过在较重的原子核(如金)上轻微拍摄质子等小颗粒来制作夸克汤样品。通过这样做,团队惊奇地发现QGP的微小液滴以三种不同的几何形状向外扩展 - 圆形,椭圆形和三角形。

形成液滴的形状取决于使用何种类型的较小颗粒作为抛射物。用质子射击金色会产生圆形图案;用氘核(质子 - 中子对)射出金子会产生椭圆形图案;并用氦-3原子(质子 - 质子 - 中子三重奏)射出金子,形成一个三角形图案。

“想象一下,你有两个液滴正在膨胀成真空,”共同作者杰米说。 Nagle,美国物理学教授科罗拉多大学博尔德分校发表声明。 “如果这两个水滴真的很接近,那么随着它们的扩张,它们相互碰撞并相互推挤,这就是产生这种模式的原因。”换句话说,夸张的夸张汤的表现很像在池塘中理想化的涟漪。

WTH是QGP?

有三种非常熟悉的物质状态:固体,液体和气体。当某物是固体时,其单个分子的能量很少,以至于它们很容易通过分子间力保持在原位。在液体中,分子具有更多能量,这使得它们能够彼此滑过(尽管它们仍然注意到分子间力,这导致粘度)。在气体中,分子具有整体一堆能量,所以它们相互拉直,几乎没有击球。

然后是等离子体,第四个基本的物质状态。当气体云具有如此多的能量以使电子从云中的核中剥离时,等离子体就会存在。由于有如此多的电子自由漫游,等离子体具有极强的导电性。虽然等离子体在地球上并不像国家的标准三连体那样常见,但我们确实在某些事件中看到等离子体,如极光或闪电风暴。

但另一种物质状态既稀少也更奇异,至少在现今的宇宙。那个状态是夸克 - 胶子等离子体。

在大爆炸之后仅仅几千分之一秒,宇宙是如此的热,如此密集,原子不能完全形成。相反,空间专门用夸克 - 胶子等离子体或夸克汤填充。这种奇怪的物质只有在温度(科学意义上,即颗粒的平均动能)达到万亿度,或者比太阳中心高出约250,000倍时才会存在。

因为科学家对了解宇宙中最早的时刻非常感兴趣,所以理解夸克 - 胶子等离子体的行为对于我们对宇宙本身的理解至关重要。

小颗粒与金之间的超高能碰撞当得到的夸克 - 胶子等离子体向外扩展时,原子可以产生不同的几何图案。顶行:单个质子猛击成金原子。中间行:氘原子砸成一个金原子。底行:氦-3原子与金原子碰撞。

完美的流体

这项新的研究不仅进一步证明了科学家们可以真正创造出熔化的夸克和胶子汤,它们都可以作为质子和中子的基石。它还表明,QGP的行为非常类似于完美的流体,它们作为一个连贯的单元共同流动。

“就在五年前,认为一个人可以拥有多体,集体的动力,这将是异端的。在这些极小的(飞秒级或更小)系统中,“科罗拉多大学博尔德分校的教授兼该项目的合作者Dennis Perepelitsa向 Gizmodo 说。然而,这项新的研究表明,在足够高的能量下,能够产生这种能量宇宙中的st粒子可以像理想化的,几乎无摩擦的液体那样表现和流动。

“如果你的桌子上有一瓶这种液体,你可以把它翻过来让它流动科罗拉多大学博尔德分校的物理学教授,该项目的合作者Paul Romatschke在一份声明中表示,这是一个障碍,它会在几乎没有摩擦的情况下这样做。

下一步是什么?

基于对夸克 - 胶子等离子体的这种新认识,理论物理学家很快就可以弄清楚宇宙的原始夸克汤如何在宇宙的最初几毫秒内冷却下来。通过这样做,他们将有一种新的方法来研究最初的原子的诞生,这可以提供我们今天看到的宇宙的洞察力。

幸运的是,PHENIX实验很快就会升级为sPHENIX,它能够以更小的尺度探测夸克 - 胶子等离子体。

 

[ 123] [本文最初出现在Astronomy.com]

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