夸克-膠子等離子體

現有宇宙理論認為，宇宙形成於距今約120億至150億年前的一次“大爆炸”。宇宙“大爆炸”後的極短瞬間會形成超高能量密度，這使得一種稱為“夸克—膠子等離子體”的物質能夠在約10微秒（1微秒為百萬分之一秒）的極短時間內充斥宇宙，然後再凝聚結合形成原子核等物質。但迄今科學家們還難以對這一理論假設進行檢驗。

歐洲核子中心的最新研究成果使得科學家們能夠驗證“大爆炸”數微秒後的宇宙景象。這項重大突破不僅使物理學的研究疆域拓展至接近宇宙誕生初始，而且對考察宇宙的起源、物質的本性以及對驗證現有的粒子物理標準模型等都有重要意義。

近代物理學研究認為，原子的構造單元是質子和中子等亞原子粒子[1]，而亞原子粒子又由夸克等更微觀的基本粒子構成。夸克間通過強力作用組合成質子和中子，而這種強作用力主要通過另一種名為膠子的基本粒子來傳遞。

夸克-膠子等離子體（QGP）物質，它是在大爆炸第一個微秒中存在的唯一物質，可以揭示等離子體在宇宙早期演化的“獨特故事”：首先，由夸克和膠子組成的等離子體被宇宙熱膨脹所分離；然後，夸克碎片重組為所謂的強子；一個有三個夸克的強子組成一個質子，是原子核的一部分，這些也是構成地球、人們自己和現今所有環繞人們的宇宙“基石”的核心。夸克-膠子等離子體存在於宇宙大爆炸的第一個0.000001秒，但隨後由於膨脹而消失。 ^[1] 

通常情況下，夸克由於受到強作用力而被子約束於原子核尺度內，自身無法獨立存在。但現有一些理論假設認為，足夠大的能量和温度應該能拆解質子和中子，並使夸克和膠子重新結合形成所謂“夸克—膠子等離子體”。“夸克—膠子等離子體”是與質子和中子不同的另一種新型物質形態。

夸克-膠子漿成形於兩束相對論性加速的黃金離子對撞點，此對撞點位於STAR探測器的中心；探測器設於美國布魯克哈芬國家實驗室的相對論性重離子對撞機。

為了拆除束縛夸克的強作用力，參加“重離子”計劃的科學家利用鉛離子互相撞擊產生的超高能量進行實驗。

通過對多年實驗的數據進行綜合分析，科學家最近終於發現，在鉛離子的碰撞中有新的物質形態產生，其特徵與理論預測的“夸克—膠子等離子體”的很多特徵相符。

歐洲核子研究中心的公報指出，新成果證明了現有的一些對夸克間基本作用力的預測是正確的，同時也是在瞭解宇宙早期演化方面向前邁出的重要一步。新成果是國際物理學界通力合作的產物，包括中國在內的20個國家的約500名科學家參與了“重離子”研究計劃。

2021年6月1日，據每日科學網站消息稱，歐洲科學家團隊利用大型強子對撞機（LHC），揭示了宇宙大爆炸第一個0.000001秒內發生的新細節，即第一個微秒內一種特殊的等離子體發生了什麼，這種等離子體不但是宇宙有史以來的“第一種物質”，其相關細節還為我們今天所知的宇宙演變提供了一塊重要“拼圖”。 ^[1] 

工作於相對論性重離子對撞機（RHIC）的物理學家宣佈，他們創造了一種非同尋常的物理條件，有可能發現了夸克－膠子等離子體。現有物理學理論認為，夸克－膠子等離子體是宇宙大爆炸後百萬分之一秒內存在的物質。

RHIC上的最新發現源於2003年1月至3月所進行的一系列實驗，其中包括金核與氘核（氘－金）對撞的實驗、兩束氘核（氘－氘）對撞實驗，並與所做的兩束金核（金－金）對撞的實驗結果作對比分析。

物理學家採用讓金原子核對撞的辦法，試圖在實驗室再現早期宇宙極熱、密度極大的瞬間條件，早先在RHIC上進行的實驗顯示，金原子核撞擊產生的温度曾比太陽表面温度高出3億多倍。更重要的是，科學家期待，對撞後的金核內單個質子和中子被融化，釋放出夸克和膠子，可獲得“夸克-膠子等離子體”。而氘核像子彈一樣通過大金核，並未被加熱到極高温或受到強力壓縮。金核則保持了由質子和中子組成的常態。

原子核的碰撞會導致一對夸克從質子或中子的束縛中掙脱出來，形成兩束由普通粒子組成的“噴注”（jet），科學家利用這些“噴注”來研究核環境。在氘－金對撞實驗中，觀測到兩束“噴注”，但在金－金對撞實驗中，其中一束噴註失蹤了，此外，金－金對撞實驗中所觀測到的高能量單粒子數量比氘－金對撞實驗觀測到的要少。這些差異引起了研究人員興趣，由此説明，金－金對撞所產生的核環境完全不同於氘－金對撞。而夸克－膠子等離子體理論已經預言，如果金原子核碰撞過程中產生“夸克-膠子等離子體”，那麼會產生“噴注猝滅（jet quenching）”現象，其中一束噴注消失。

研究人員在報告這一新發現的同時強調，他們並未完全確認發現了夸克－膠子等離子體。布魯克黑文國家實驗室高能和核物理實驗室的負責人柯克（T.Kirk）説：這是一個激動人心的結果，表明我們正走在科學發現的正確道路上，但是創造夸克－膠子等離子體的研究還沒有結束。