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使用粒子加速器来研究新生宇宙的夸克胶子等离子体

2021-08-09 09:53     来源:PHYS&ORG     粒子加速器LHC相对论重离子对撞机核物理

在宇宙的早期阶段,夸克和胶子很快被限制在质子和中子中,这些质子和中子继续形成原子。随着粒子加速器达到越来越高的能量水平,研究这种转瞬即逝的原始物质状态的机会终于到来了。

夸克-胶子等离子体 (QGP) 是一种物质状态,在宇宙诞生之初只存在最短暂的时间,这些粒子迅速聚集在一起形成质子和中子,构成我们周围的日常物质。理解这种原始物质状态的挑战落在了操作世界上最强大粒子加速器的物理学家身上。由印度加尔各答萨哈核物理研究所的 Munshi G. Mustafa 主编的题为“夸克-胶子等离子体和重离子现象学”的欧洲物理杂志专题的新特刊汇集了七篇论文,详细介绍了我们对 QGP 的理解以及将其转化为我们周围日常重子物质的过程。

穆斯塔法说:“夸克-胶子等离子体是一种强相互作用的去约束物质,它仅在大爆炸后几微秒的早期宇宙中短暂存在。QGP 特性的发现和表征仍然是现代核物理学中精心策划的国际努力之一。” 穆斯塔法强调重离子现象学提供了一种非常可靠的工具来确定 QGP 的特性,特别是其演化和冷却的动力学。

相对论重离子对撞机 (RHIC) 和大型强子对撞机 (LHC) 等对撞机的改进从根本上提高了近光速重核碰撞所能达到的能量水平,使它们与早期宇宙的能量水平保持一致. 除此之外,反质子和离子研究设施 (FAIR) 和基于核子的离子对撞机设施 (NICA) 的未来实验将产生关于 QGP 和早期宇宙条件的大量数据。

穆斯塔法解释说:“这个集合非常及时,因为它要求更好地理解热和致密去约束物质的粒子特性,这些特性反映了 QGP 的静态和动态特性。这种对夸克胶子等离子体和重离子现象学的改进理论理解对于揭示大爆炸后几微秒内占据整个宇宙的假定 QGP 的特性至关重要。”

穆斯塔法指出,这种改进的理解也应该为理解这种强相互作用物质的状态方程打开大门,并为探索夸克 - 强子跃迁理论和 QGP 可能的热化做好准备。这反过来可以帮助我们了解从 QGP 到我们周围的日常重子物质的步骤。

“在大爆炸后几微秒,形成中子和质子的夸克和胶子被限制在其中,”穆斯塔法总结道。“这是我们第一次看到他们从永恒的禁锢中解放出来!”

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