大型强子对撞机中的粒子碰撞大型强子对撞机中的粒子碰撞

  新浪科技讯 北京时(shi)间9月26日(ri)消息(xi),据国外媒体(ti)报道,爱因斯坦的狭义(yi)相对(dui)论曾预测过一种名叫“色玻璃凝聚(ju)态”的神秘物质形(xing)态。而在长达(da)十年的寻找之后,在大型强子对(dui)撞机(ji)工(gong)作的科学家们终于看(kan)到了希望的曙光。

  大型强子(zi)对(dui)撞机是全球最大的粒子(zi)对(dui)撞机,是一个(ge)总长27公里的环状结构,位于接近(jin)法国与瑞(rui)士边境的地下深处。不过,研究人员并不是通过让以接近(jin)光速运(yun)行的粒子(zi)相(xiang)撞来(lai)寻找这种神秘物质的。相(xiang)反,他们的关注点在(zai)于当(dang)粒子(zi)并未相(xiang)撞、而是近(jin)距离擦肩而过时,究竟(jing)发生了什么。

  在(zai)(zai)标准物(wu)理学模型(xing)中(zhong)(zhong)(zhong),宇宙中(zhong)(zhong)(zhong)98%的物(wu)质(zhi)都是由(you)一种(zhong)名叫“胶(jiao)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)”的基本粒子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)维(wei)系在(zai)(zai)一起的。正是胶(jiao)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)将夸克联结在(zai)(zai)一起、构成了质(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。而如果将质(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)加速到(dao)(dao)接近(jin)光速,就会(hui)发生(sheng)一种(zhong)奇特(te)的现(xian)象(xiang):质(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)内部(bu)的胶(jiao)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)浓度会(hui)急剧升高(gao)。在(zai)(zai)这(zhei)种(zhong)情况下(xia),胶(jiao)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)会(hui)分裂(lie)(lie)成一对能量更低的胶(jiao)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi),后者(zhe)再(zai)进一步分裂(lie)(lie)成另一对胶(jiao)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi),并不(bu)断持续下(xia)去。最终(zhong),质(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)内部(bu)的胶(jiao)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分裂(lie)(lie)会(hui)达(da)到(dao)(dao)一个(ge)上限(xian),胶(jiao)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)数(shu)量也就不(bu)再(zai)继续增加。此时这(zhei)种(zhong)状(zhuang)态就叫“色玻璃(li)凝聚态”:一种(zhong)可(ke)能存在(zai)(zai)于(yu)超高(gao)能质(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和重原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)核中(zhong)(zhong)(zhong)的假想物(wu)质(zhi)状(zhuang)态。

  科学(xue)家指出,这(zhei)种凝聚(ju)态能够解释(shi)物理(li)学(xue)的(de)许(xu)多未解之(zhi)谜(mi),比如(ru)粒(li)子(zi)(zi)是如(ru)何(he)在(zai)高(gao)能撞(zhuang)击中形成的(de)、以(yi)及物质在(zai)粒(li)子(zi)(zi)内部的(de)分(fen)布情况等等。但数十年以(yi)来,科学(xue)家始终没(mei)能证实它的(de)存在(zai)。一直到2000年,位于纽(niu)约的(de)布鲁克(ke)海文相对论重离子(zi)(zi)对撞(zhuang)机(ji)才首次发现了色玻璃(li)凝聚(ju)态可能存在(zai)的(de)迹象。

  布鲁克海文实验(yan)室的(de)(de)研究人(ren)员让(rang)剔除了(le)(le)电(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)金原子(zi)(zi)(zi)相撞后,在(zai)涌(yong)出的(de)(de)大(da)(da)量粒(li)子(zi)(zi)(zi)中发现了(le)(le)一(yi)种(zhong)奇(qi)怪的(de)(de)信(xin)号,显示这(zhei)些原子(zi)(zi)(zi)内(nei)部的(de)(de)质(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)中已经挤满了(le)(le)胶子(zi)(zi)(zi)、正开始形成色玻璃凝聚态。在(zai)此之后,科学家(jia)又在(zai)大(da)(da)型(xing)强子(zi)(zi)(zi)对撞机中用重离(li)子(zi)(zi)(zi)开展了(le)(le)进一(yi)步碰撞实验(yan),也取得(de)了(le)(le)类(lei)似(si)的(de)(de)结(jie)果。然而,如(ru)果让(rang)质(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)在(zai)相对论速度下相撞,我们只能短短瞥(pie)见一(yi)眼质(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)内(nei)部构造(zao),因为这(zhei)些亚(ya)原子(zi)(zi)(zi)粒(li)子(zi)(zi)(zi)转瞬间就会发生剧(ju)烈爆炸(zha)、灰(hui)飞烟灭。因此,要想真(zhen)正探测质(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)内(nei)部结(jie)果,我们必须(xu)采(cai)用一(yi)种(zhong)更“温和”的(de)(de)手段。

  当(dang)质(zhi)子(zi)(zi)等带电粒子(zi)(zi)被(bei)加(jia)速(su)(su)到(dao)高(gao)(gao)速(su)(su)时,便(bian)(bian)会产生(sheng)强大的(de)(de)电磁场,并以光(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)形式释放出(chu)能(neng)量(liang)。这种能(neng)量(liang)泄漏一(yi)度(du)被(bei)认为(wei)是粒子(zi)(zi)加(jia)速(su)(su)器的(de)(de)副作用,没有(you)得(de)到(dao)人们的(de)(de)重(zhong)(zhong)视。不过(guo),物理学(xue)家如今已(yi)经(jing)找到(dao)了(le)一(yi)些新方(fang)法,使(shi)我们能(neng)够(gou)充(chong)分利用这些高(gao)(gao)能(neng)光(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)优势(shi)。当(dang)质(zhi)子(zi)(zi)在(zai)加(jia)速(su)(su)器中迅速(su)(su)擦肩而过(guo)时,释放出(chu)的(de)(de)“光(guang)子(zi)(zi)风(feng)暴”可以导致质(zhi)子(zi)(zi)与光(guang)子(zi)(zi)相撞,而这种所谓的(de)(de)“超(chao)外围碰撞”正是我们弄清高(gao)(gao)能(neng)粒子(zi)(zi)内部运作情况(kuang)的(de)(de)关键(jian)。科学(xue)家解(jie)释道(dao),高(gao)(gao)能(neng)光(guang)波(bo)击中质(zhi)子(zi)(zi)时,可以在(zai)不破坏质(zhi)子(zi)(zi)的(de)(de)情况(kuang)下产生(sheng)各(ge)类粒子(zi)(zi)。而这些粒子(zi)(zi)被(bei)探测(ce)器记录下来(lai)之(zhi)后,科学(xue)家便(bian)(bian)能(neng)够(gou)以从未有(you)过(guo)的(de)(de)精度(du)、重(zhong)(zhong)现质(zhi)子(zi)(zi)的(de)(de)内部结构。

  一(yi)支(zhi)由多国科学家组成(cheng)的研究(jiu)团队正(zheng)在利用该方法寻找神秘的色(se)(se)玻璃凝聚(ju)态(tai)(tai),并于今(jin)年8月在期刊(kan)《欧洲物理学杂志(zhi)C辑》上(shang)发(fa)表了初期研究(jiu)结(jie)果。该团队首次通过(guo)间接方式、测量出了四个不(bu)同(tong)能级上(shang)的胶(jiao)子密度,而在最高一(yi)级能级上(shang),他们发(fa)现了色(se)(se)玻璃凝聚(ju)态(tai)(tai)正(zheng)在开(kai)始形成(cheng)的迹象。

  研究人(ren)员表示,这(zhei)些实验结果(guo)非常(chang)令(ling)人(ren)激(ji)动,进一(yi)步(bu)揭(jie)(jie)示了质子(zi)内(nei)部(bu)的(de)胶子(zi)变(bian)化规律,但(dan)仍有许多(duo)理(li)论问题(ti)尚待(dai)解答。就目前而(er)言,色玻璃凝聚态的(de)存在仍然是个谜(mi)团(tuan),还没有被完(wan)全揭(jie)(jie)开。