美科(kē)學家製出全新物質形態“誇克膠子等離子體”(2005-04-25)
發布時間:2007-12-04
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來源:新華(huá)
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美國能源部下屬的布魯克黑文國家實驗室科(kē)學家於正(zhèng)在佛羅裏達州坦帕舉行的美(měi)國物理(lǐ)學學會會議上宣布,他們(men)利用相對論重離子對撞(zhuàng)機(RHIC)製造出了“誇克膠子等離子體”。這是一(yī)種全新的物質形態,曾廣泛(fàn)存在於宇宙誕生後的百萬分之幾秒內。
現有物理學理論認為,宇宙誕生後的百萬分之幾秒內,宇宙中曾存在過一種被稱為“誇克膠子等離子體”的物質。在“誇克膠子(zǐ)等離子體”中(zhōng),誇克和(hé)膠子(一(yī)種理論(lùn)上(shàng)假設的無質量粒子)等基本粒(lì)子以自由狀態存在。它們隨宇宙的冷卻結合形(xíng)成質子和中子等亞原子(zǐ)粒子,後者又形成原子核,最終產生原子以及今天的宇宙萬物。
在宇宙現有物質中,誇克等被(bèi)約束在質子(zǐ)和中子內,無法獨立(lì)存在。布魯(lǔ)克黑文國家實驗室下(xià)屬的高能與核物理實驗室研究人員從2000年6月起,讓金原子核以接近光速的速度相撞(zhuàng),試圖以相撞產生的巨大能量和溫度“融解”質子和中(zhōng)子,使誇(kuā)克以自由形態釋放出來。研究人員在實驗室中創造(zào)出相當於15萬倍太陽(yáng)中心溫度的高溫及足以形成誇克(kè)膠子等離子體的能量。研究人員原認為,在(zài)如此高的(de)溫度和能量狀態下,被釋放出的誇克應當像氣(qì)體一樣“隨意地飛翔(xiáng)”。然而,2000年至(zhì)2003年三年中的數據分析結果表明,在(zài)相對論(lùn)重離子對撞機中金原子核相撞產生的物質更接近液態。
結果發現,相撞產(chǎn)生的原始粒子根據金(jīn)原子核相撞產(chǎn)生(shēng)的不同壓力變化(huà)在“集體移動”,好(hǎo)像一個魚群在遊動。由於(yú)這種運動方式(shì)與液體運動的性質十分相(xiàng)似,研(yán)究人員(yuán)將其(qí)稱為“流動”。這種運動接近一種“完美”狀態,可(kě)以用流體動力學方程來解釋。流體動力學方程適用於理想狀態下的液體,“完美液體”的黏性極低,並具有能夠隨著內部粒(lì)子之間的(de)高(gāo)強度相互作用而(ér)迅速達到熱平衡狀態(tài)的能力。而對撞機中產生的物質其黏性極低,已經達到(dào)量子(zǐ)機製的(de)極限狀態,符合“完美液體”的特征。這一成果發表(biǎo)在《核物理學A》雜(zá)誌上。
研究人員認為(wéi),誇(kuā)克膠子等離(lí)子體呈液體(tǐ)狀態,為研究宇宙在誕生(shēng)後的最初形態(tài)提供了新的見解,宇宙在誕生後的百萬分之幾秒內可能就是一種“完美(měi)的液態”。此外(wài),新發現還(hái)可能對(duì)物(wù)理學中的“弦論(lùn)”產生影響。弦論是以十維空間的概念來解釋宇宙的性(xìng)質,描述重力在黑洞附近的活動情況,並能解釋誇克(kè)如何在(zài)誇克膠子等離子體(tǐ)中運(yùn)動。美國能源部(bù)長塞繆爾?博(bó)德曼表示,布魯克黑文國家實驗室的這項成果是物理學界一(yī)次具有曆史意義的重大進(jìn)展。