“迷你大爆炸”中能量喷射不对称

2010-12-08 09:32 来源: 中国科学院
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  自上个月欧洲大型强子对撞机(LHC)模拟宇宙大爆炸,将铅原子核以接近光速对撞以来,早已恭候的各种巨大探测仪迅速响应,对其产生的大量粒子进行分析。据美国物理学家组织网12月6日报道,瑞典日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)近日通报了这次对撞的首批实验成果。

  大型强子对撞机ATLAS探测仪小组的科学家公布了关于对撞中喷射能量的研究成果。据他们观察,在铅—铅原子核对撞中,能量以一种不平衡的形式喷射。喷射是一种强大的锥形能量,在对撞后极短时间内以飞行粒子的形式出现。科学家认为,如果从对撞的一边射出了强大的喷射流,那么另一边也应有互补的喷射流以平衡动量。然而在许多对撞中,仅能观察到一边有喷射。在即将发表的《物理评论快报》上,ATLAS科学家描述了这种不平衡喷射。

  ATLAS小组代表布赖恩·科尔说,对撞产生的夸克—胶子汤本身可能会吸收部分或全部向外的喷射,这一过程不一定非要对称。越是中心的对撞,越显出更多的不对称喷射。ATLAS小组的另一位科学家彼得·斯坦伯格说,科学家预计到一些喷射能量会被吸收,但令人吃惊的是,在某些情况下喷射好像是被完全吸收了。

  科学家希望,这种喷射不对称能够帮助他们研究对撞实验中产生的前所未有的最致密物质的属性。

  当两个包含数百个质子和中子的铅原子核互相以1.4特伏(TeV,百万亿电子伏)的能量对撞在一起时,在大约10-24秒内产生了一个微小火球,巨大的能量在极短时间内释放在几个质子大的真空中,使它们的质子和中子融化成更基本的成分,成为夸克和胶子,这种沸腾的数百个强相互作用粒子,科学家称为夸克—胶子等离子体或夸克—胶子汤。

  在CERN讨论会上,紧凑渺子线圈(CMS)小组代表、瑞士洛桑联邦理工学院的博雷克·维斯鲁克称,“这是迄今实验室中产生的最热的核物质”。CERN另一实验装置ALICE小组代表朱尔根·斯古克拉夫特认为,“我们可以称之为迷你大爆炸”,LHC重离子对撞之后的剧烈状态好似约140亿年前的宇宙大爆炸的微缩版,铅—铅对撞产生的迷你火球与宇宙大爆炸后几微秒所产生的能量密度和温度很相似。

  早些时候,美国纽约布鲁克海文国家实验室报告称,利用“相对论重离子对撞机”(RHIC)使金原子核对撞后产生的夸克—胶子汤温度达到4万亿摄氏度,这是迄今在实验中测到的最热温度。LHC科学家未能直接检测到他们的夸克汤的温度,斯古克拉夫特说,由于LHC对撞的能量密度是RHIC的3倍,因此温度也会更高。

  今后的几周里,来自LHC重离子对撞的一系列专门研究成果也将陆续发表在各大科学杂志上。