大爆炸疑問(wèn):如何映射一種神秘的液體變成了一切物質(zhì)
關(guān)于宇宙如何起源的主要理論是大爆炸，它說(shuō)140億年前宇宙以奇點(diǎn)的形式存在蝌蹂，一個(gè)一維的點(diǎn)噩斟，包含大量的基本粒子。極高的熱量和能量導(dǎo)致它膨脹孤个，然后膨脹到我們所知道的宇宙中——這種膨脹一直持續(xù)到今天剃允。大爆炸的最初結(jié)果是一種熾熱而充滿能量的液體，它只存在了幾微秒齐鲤，大約是100億華氏度(55億攝氏度)斥废。這種液體所含的物質(zhì)不亞于一切物質(zhì)的基本成分。當(dāng)宇宙冷卻時(shí)给郊，粒子衰變或結(jié)合產(chǎn)生……好吧,一切牡肉。
夸克膠子等離子體(QGP)之所以被稱為這種神秘物質(zhì)，是因?yàn)樗怯煽淇恕玖Ｗ印湍z子組成的淆九，物理學(xué)家羅西·j·里德(Rosi J. Reed)將其描述為“夸克用來(lái)相互交談的東西”统锤。它們以接近光速的速度碰撞重離子(如黃金)，創(chuàng)造出比太陽(yáng)內(nèi)部溫度高10萬(wàn)倍的環(huán)境吩屹，從而重新創(chuàng)造了環(huán)境跪另。這次碰撞模擬了大爆炸后夸克膠子等離子體變成物質(zhì)的過(guò)程，但卻是相反的:熱量融化了離子的質(zhì)子和中子煤搜，釋放出隱藏在其中的夸克和膠子免绿。
目前世界上只有兩種可運(yùn)行的加速器能夠碰撞重離子，美國(guó)也只有一種:布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)擦盾。Reed是STAR合作項(xiàng)目的一部分嘲驾，這是一個(gè)由科學(xué)家和工程師組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，他們?cè)赗HIC (STAR)的螺線管跟蹤器上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)迹卢。恒星探測(cè)器質(zhì)量很大辽故，實(shí)際上是由許多探測(cè)器組成的。它和房子一樣大腐碱，重達(dá)1200噸誊垢。STAR的專長(zhǎng)是追蹤每一次離子碰撞在RHIC產(chǎn)生的數(shù)千個(gè)粒子掉弛，以尋找夸克膠子等離子體的特征。里德說(shuō):“在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)喂走，我們可以改變兩個(gè)‘旋鈕’:一種是金對(duì)金殃饿，另一種是質(zhì)子對(duì)質(zhì)子，以及碰撞能量芋肠『醴迹”“我們可以用不同的方式加速離子，以達(dá)到不同的能量質(zhì)量比帖池∧位螅”
利用不同的恒星探測(cè)器，研究小組以不同的碰撞能量碰撞離子睡汹。我們的目標(biāo)是繪制夸克膠子等離子體的相圖肴甸，即在不同的壓力和溫度條件下，材料發(fā)生變化時(shí)的相變點(diǎn)帮孔。繪制夸克-膠子等離子體的相圖還可以繪制出核力雷滋，也就是我們所知的量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)，它是將帶正電荷的質(zhì)子聚集在一起的力文兢。里德解釋說(shuō):“離子的中心有一堆質(zhì)子和中子』烂剩”“它們是帶正電的姆坚，應(yīng)該會(huì)相互排斥，但有一種‘強(qiáng)大的力量’將它們維系在一起——強(qiáng)大到足以克服它們分裂的傾向实愚〖婧牵”里德說(shuō)，理解夸克膠子等離子體的相圖腊敲，以及等離子體和正常物質(zhì)之間的相變的位置和存在击喂，是至關(guān)重要的。里德說(shuō):“這是一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)碰辅，讓我們了解自然界的四種基本力量之一是如何在溫度和能量密度類似于大爆炸后幾微秒的情況下運(yùn)作的懂昂。”
STAR團(tuán)隊(duì)使用光束能量掃描(BES)進(jìn)行相變映射没宾。在項(xiàng)目的第一部分凌彬，即所謂的bis - i中，團(tuán)隊(duì)收集了具有“有趣結(jié)果”的可觀察證據(jù)循衰。Reed于2018年10月在夏威夷舉行的APS核物理學(xué)部和日本物理學(xué)會(huì)第五次聯(lián)席會(huì)議上發(fā)表了這一研究成果铲敛，會(huì)議的主題是“在RHIC用能量和物種掃描測(cè)試夸克膠子等離子體極限”。
然而会钝，有限的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)伐蒋、接受度和較差的事件平面分辨率不允許對(duì)發(fā)現(xiàn)作出確定的結(jié)論。項(xiàng)目的第二階段，即所謂的bs - ii先鱼，正在向前推進(jìn)俭正，包括Reed與STAR團(tuán)隊(duì)成員正在進(jìn)行的改進(jìn):事件計(jì)劃?rùn)z測(cè)器的升級(jí)。合作者包括布魯克海文和俄亥俄州立大學(xué)的科學(xué)家型型。STAR團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在2019年和2020年繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)段审，使用新的事件計(jì)劃?rùn)z測(cè)器。據(jù)Reed說(shuō)闹蒜，新的探測(cè)器被設(shè)計(jì)用來(lái)精確定位碰撞發(fā)生的位置寺枉，并將有助于描述碰撞的特征，特別是碰撞的“正面”程度绷落±焉粒“這也將有助于提高所有其他探測(cè)器的測(cè)量能力，”里德說(shuō)砌烁。
