夸克-胶子等离子体

现有宇宙理论认为，宇宙形成于距今约120亿至150亿年前的一次“大爆炸”。宇宙“大爆炸”后的极短瞬间会形成超高能量密度，这使得一种称为“夸克—胶子等离子体”的物质能够在约10微秒（1微秒为百万分之一秒）的极短时间内充斥宇宙，然后再凝聚结合形成原子核等物质。但迄今科学家们还难以对这一理论假设进行检验。

欧洲核子中心的最新研究成果使得科学家们能够验证“大爆炸”数微秒后的宇宙景象。这项重大突破不仅使物理学的研究疆域拓展至接近宇宙诞生初始，而且对考察宇宙的起源、物质的本性以及对验证现有的粒子物理标准模型等都有重要意义。

近代物理学研究认为，原子的构造单元是质子和中子等亚原子粒子[1]，而亚原子粒子又由夸克等更微观的基本粒子构成。夸克间通过强力作用组合成质子和中子，而这种强作用力主要通过另一种名为胶子的基本粒子来传递。

通常情况下，夸克由于受到强作用力而被子约束于原子核尺度内，自身无法独立存在。但现有一些理论假设认为，足够大的能量和温度应该能拆解质子和中子，并使夸克和胶子重新结合形成所谓“夸克—胶子等离子体”。“夸克—胶子等离子体”是与质子和中子不同的另一种新型物质形态。

夸克-胶子浆成形于两束相对论性加速的黄金离子对撞点，此对撞点位于STAR探测器的中心；探测器设于美国布鲁克哈芬国家实验室的相对论性重离子对撞机。

为了拆除束缚夸克的强作用力，参加“重离子”计划的科学家利用铅离子互相撞击产生的超高能量进行实验。

通过对多年实验的数据进行综合分析，科学家最近终于发现，在铅离子的碰撞中有新的物质形态产生，其特征与理论预测的“夸克—胶子等离子体”的很多特征相符。

欧洲核子研究中心的公报指出，新成果证明了现有的一些对夸克间基本作用力的预测是正确的，同时也是在了解宇宙早期演化方面向前迈出的重要一步。新成果是国际物理学界通力合作的产物，包括中国在内的20个国家的约500名科学家参与了“重离子”研究计划。

工作于相对论性重离子对撞机（RHIC）的物理学家宣布，他们创造了一种非同寻常的物理条件，有可能发现了夸克－胶子等离子体。现有物理学理论认为，夸克－胶子等离子体是宇宙大爆炸后百万分之一秒内存在的物质。

RHIC上的最新发现源于2003年1月至3月所进行的一系列实验，其中包括金核与氘核（氘－金）对撞的实验、两束氘核（氘－氘）对撞实验，并与所做的两束金核（金－金）对撞的实验结果作对比分析。

物理学家采用让金原子核对撞的办法，试图在实验室再现早期宇宙极热、密度极大的瞬间条件，早先在RHIC上进行的实验显示，金原子核撞击产生的温度曾比太阳表面温度高出3亿多倍。更重要的是，科学家期待，对撞后的金核内单个质子和中子被融化，释放出夸克和胶子，可获得“夸克-胶子等离子体”。而氘核像子弹一样通过大金核，并未被加热到极高温或受到强力压缩。金核则保持了由质子和中子组成的常态。

原子核的碰撞会导致一对夸克从质子或中子的束缚中挣脱出来，形成两束由普通粒子组成的“喷注”（jet），科学家利用这些“喷注”来研究核环境。在氘－金对撞实验中，观测到两束“喷注”，但在金－金对撞实验中，其中一束喷注失踪了，此外，金－金对撞实验中所观测到的高能量单粒子数量比氘－金对撞实验观测到的要少。这些差异引起了研究人员兴趣，由此说明，金－金对撞所产生的核环境完全不同于氘－金对撞。而夸克－胶子等离子体理论已经预言，如果金原子核碰撞过程中产生“夸克-胶子等离子体”，那么会产生“喷注猝灭（jet quenching）”现象，其中一束喷注消失。

研究人员在报告这一新发现的同时强调，他们并未完全确认发现了夸克－胶子等离子体。布鲁克黑文国家实验室高能和核物理实验室的负责人柯克（T.Kirk）说：这是一个激动人心的结果，表明我们正走在科学发现的正确道路上，但是创造夸克－胶子等离子体的研究还没有结束。