物理学家用粒子加速器制造"小爆炸" 模拟宇宙大爆炸后的第一秒 这次突破改写教科书

在百万分之一秒内似乎没什么重要的事会发生，但宇宙历史上最关键的时刻就发生在这个极其短暂的时间里。物理学家相信，在大约138亿年前宇宙大爆炸之后的这一刹那间，出现了宇宙中最原始的物质形态——夸克-胶子浆。这是一种极其密集、极热的物质状态，当时宇宙热得足以阻止质子和中子的形成。随着宇宙冷却和膨胀，自由漂浮的夸克和胶子开始结合在一起，形成所有物质的基本粒子，包括质子和中子。

但问题来了：物理学家一直认为夸克-胶子浆只能通过极其重的原子核（如铅）的碰撞才能产生。为了探索这个谜团，瑞士哥本哈根大学和欧洲核子研究组织（CERN）的一支团队决定用自己的方式重现「小爆炸」——他们让元素以接近光速互相碰撞。最近发表在《物理评论快报》上的研究结果标志着量子物理学的重大突破——表明原始夸克-胶子浆其实可以用更轻的原子核产生。

研究人员检测的是氧-16和氖-20对撞后产生的粒子。虽然他们无法直接观察碰撞过程（因为反应快到难以想象），但可以研究碰撞后不久形成的粒子和它们的形状。研究共同作者、现任职于马里兰大学的物理学家尤·邹解释说，「精确理解核结构有助于我们理解强相互作用力。但与其在低能量下小心地研究核，我们用最高能量把它们撞在一起，然后从它们留下的痕迹读出形状。」

尼尔斯·玻尔研究所的物理学家埃米尔·戈姆·达尔贝克·尼尔森把这个过程比作光的性质：「有点像用光照射物体然后看影子。你看不到物体本身，但影子显示了它的形状。同样地，粒子的运动透露了碰撞开始时原子核的几何形状。」研究发现，两个氧核碰撞会产生较圆的粒子模式，而碰撞的氖核会产生类似保龄球瓶的图案。这些结果证实，用轻元素确实能产生夸克-胶子浆。