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对撞机模拟宇宙大爆炸 结束后犹如一团灼热液体

http://www.kexue.com 2010-12-04 08:38:21 科学网  发表评论


宇宙大爆炸刚结束不久,宇宙就像是一团浓度非常高的,非常热的液体

  科学网讯 北京时间12月4日消息,根据尚未完成的强子对撞实验测试出的数据来看,在宇宙大爆炸刚结束不久,宇宙就像是一团浓度非常高的,非常热的液体。

  最近物理学家在瑞士日内瓦附近用大型强子对撞机重新模拟了宇宙大爆炸的创建条件。科学家以接近光速的速度把铅原子从他们周围的电子中剥离,以这样的方式得到了铅离子。这个实验成功地创造出了一个精巧的“亚原子体积”,这是一种夸克胶子等离子体状态的原始物质。科学家们认为这种奇特的物质存在于宇宙形成的早期当中。

  作为亚原子粒子的夸克和胶子组成了等离子体,夸克是带正电的质子和中性的中子,也是组成原子的核心基础部分。夸克周围的胶子粒子相互紧紧"粘合"在一起,这种粘合的力量非常强。在普通物质中,夸克和胶子就是以这样紧紧粘合的形式存在的。

  有实验表明,在极高温的条件下,由于强作用力减弱,夸克和胶子便不会如此紧密的结合。因此一些理论推测,宇宙极早期的极端热量使得夸克和胶子像气体一样广泛存在,而不是结合在一起。

  然而根据最新LHC(大型强子对撞机)的实验数据,英国物理学家大卫埃文斯说:“那似乎并不正确。”埃文斯是伯明翰大学的科学家,用LHC(大型强子对撞机)做ALICE实验的研究小组的领导者。整个AILCE实验产生了超过18万亿华氏度夸克胶子的等离子体(10万亿摄氏度)。这些物质在冷却前只会存在一个极小的部分,然后转化为正常的物质。等离子转化的过程时间足够长,埃文斯和他的同事可以充分地目睹它的表现。“即使这些强大的力量(夸克与胶子之间)有所减弱,但它还是非常强劲,粒子相互作用相当多,所以这个系统更像是液体而不是气体。”埃文斯说。

  等离子体冷却成颗粒太多?

  在纽约的布鲁克海文国家实验室中,夸克胶子等离子体前已经被科学家制造出来了,但是它的热量只有在LHC(大型强子对撞机)中的一半。科研小组希望通过创建在不同温度下的夸克胶子等离子体,这也许能够展示出等离子体从气化物形成颗粒的过程。这些数据也将让物理学家更好地了解这种强大的力量(夸克与胶子之间)是如何作用的。"在LHC(大型强子对撞机)的夸克胶子等离子体表明,或许我们所了解的要比我们曾经认为的少得多”,埃文斯说。

  另一个难以解释的问题是,LHC(大型强子对撞机)的实验结果表明:冷却的夸克胶子等离子体明显比理论上预测的要拥有更多的微粒。例如,有一种理论说,胶子在一定体积的空间内有最大的空间饱和度。当达到饱和度时,就不会有更多的粒子。然而,在LHC(大型强子对撞机)实验中产生的粒子的数目超过了理论饱和度的百分之二十左右。

  俄亥俄州立大学的理论物理学家,乌尔里希-亨兹说,有关胶子等离子体的冷却时间数据和有关夸克粒子数目的制造期间非常有价值,因为它可以更好的理解夸克胶子之间的强作用力是如何相互影响的。

  这项实验有可能在未来产生实际效应。例如,理解在亚原子尺度上的电磁学可以使科学家利用超导特性,在温度足够低的情况下,某些材料的电阻将变为0。超导特性拥有非常广泛的应用价值,比如用于在MRI(磁共振显影成像)机器。"对夸克胶子之间强作用力了解的越多,就越有可能将其用在实际应用上,"亨兹说:"我不是说一定能够找到满足超导状态的条件,但我们或许会发现更有益处的东西。"

  (科学网-kexue.com 晗)

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