科学家「煮」出了一锅“夸克汤”

在我们宇宙的开始，它是“一锅汤”——至少科学家们是这样认为的，准确地说，是一锅“夸克汤”，也被称为夸克-胶子等离子体。

现在，科学家们说他们已经在实验室里成功地生产了一滴这种超级热的“汤”——让我们回顾一下宇宙的状态，当时它只有几微秒大。

质子和中子是原材料。大型强子对撞机相当于一个混合器，它给粒子提供极高的速度和温度。它最终打破了质子和中子的结构，产生了三种几何形状(圆形、椭圆形和三角形)的夸克胶子等离子体。

实验中的一个重要发现是，即使在最小的尺度上，这些微小的夸克胶子等离子体微滴也显示出流体性质。科学家最初认为这是不可能的，但现在他们已经看到越来越多的证据。

“我们的实验结果让我们离这个问题的答案更近了一步:早期宇宙中物质的下限是多少？”博尔德科罗拉多大学的杰米·纳格说。

夸克胶子等离子体到底是什么？它的形状看起来像液体，但它有超高温，太热而不能形成原子结构——粒子物理学的“标准模型”认为质子和中子会在超过1万亿摄氏度的温度下“熔化”，变成夸克和胶子的等离子体，这就是“夸克汤”

实验中的温度高达4万亿摄氏度，是太阳核心温度的25万倍。

尽管这些粒子最终会冷却下来并在宇宙中形成正常的物质，但这种等离子体的特性仍然对科学家非常有吸引力——他们知道宇宙的起源和所有物质的秘密。

自本世纪初以来，纽约布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)实验表明，夸克胶子等离子体可能是近乎完美的流体。

原子的碰撞模式(左)产生三种形式的等离子体(右)。(PHENIX，《自然》，2018年)

科罗拉多大学博尔德分校的研究员保罗·阿洛马克说:“如果你把一瓶这个放在桌子上，倒一滴出来，你会发现它可以无摩擦地流动。”。

最新实验的目的是看看夸克汤液滴是否仍能保持其形状，并在最小尺度上遵循流体性质的假设。

实验中呈现的圆形、椭圆形和三角形是最有力的证据:即使只有几个质子被分解成夸克汤液滴，它们仍然保留着自己的特征。

新的研究支持了RHIC以前的研究结论。许多年前，专业实验室能够在各种条件下生产夸克汤，但问题是它们的存在时间太短，无法分析它们。

因此，尽管在物质世界中仍有许多未知，我们离彻底解决宇宙诞生的奥秘又近了一步。

接下来，布鲁克海文国家实验室的团队正忙于设计新的实验来测试小尺度夸克胶子等离子体的性质。

"在保证整体行为的同时，这样的亚原子系统能有多小？"田纳西州范德比尔特大学的维多利亚·格林向我们解释了他们下一步想去哪里。