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大型强子对撞机揭秘宇宙诞生瞬间“第一种物质”

作者: 张梦然 来源: 科技日报
2021-06-03 01:20 
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科技日报记者 张梦然

据每日科学网站1日消息,欧洲科学家团队利用大型强子对撞机(LHC)揭示了宇宙大爆炸第一个0.000001秒内发生的新细节,即第一个微秒内一种特殊的等离子体发生了什么,这种等离子体不但是宇宙有史以来的“第一种物质”,其相关细节还为我们今天所知的宇宙演变提供了一块重要“拼图”。

  宇宙膨胀示意图。

图片来源:每日科学网

在大约140亿年前,宇宙从远比现在更热、更稠密的状态转变为急剧膨胀——科学家将这一过程命名为大爆炸。尽管已经知道这种快速膨胀创造了粒子、原子、恒星、星系以及生命,但这一切是如何发生的,细节依然未知。

此次,丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所科学家展开的新研究,告诉了我们这一切是如何开始的。他们研究了一种叫做夸克—胶子等离子体(QGP)的物质,它是在大爆炸第一个微秒内存在的唯一物质,可以揭示等离子体在宇宙早期演化的“独特故事”:首先,由夸克和胶子组成的等离子体被宇宙热膨胀所分离;然后,夸克碎片重组为所谓的强子;一个有3个夸克的强子组成一个质子,是原子核的一部分,这些也是构成地球、人们自己和现今所有环绕人们的宇宙“基石”的核心。

夸克—胶子等离子体存在于宇宙大爆炸的第一个0.000001秒,但随后由于膨胀而消失。只有通过欧洲核子研究中心的大型强子对撞机,研究人员能够重现历史上的“第一种物质”,并追溯其发生的事情。

研究人员表示,大型强子对撞机以近乎光速将等离子体中的离子撞在一起,使科学家能够看到夸克—胶子等离子体是如何从原来的物质状态,演变为原子的核心和生命的基石。

团队还开发出一种算法,可以一次同时分析更多粒子的集体膨胀,这是前所未有的。结果表明,夸克—胶子等离子体曾经是一种流动的液体形式,而长期以来,研究界都认为等离子体是一种气体形式,这次分析证实了它其实具有光滑柔软的质地,这与科学家们的预期以及所知道的任何其他物质都不同。这一结果被认为是一个重大突破,而该成就也使科学家离解决大爆炸谜题更近了一步。

【责任编辑:张瑨瑄】
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