創(chuàng)造早期宇宙物質(zhì)的微小液滴

研究人員創(chuàng)造了曾經(jīng)充滿早期宇宙的過熱物質(zhì)的微小液滴，形成了三種不同的形狀和大?。簣A形、橢圓形和三角形。

這項(xiàng)研究發(fā)表在今天的《自然物理》雜志上，源于一個(gè)國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的工作，他們專注于被稱為夸克膠子等離子體的液體物質(zhì)。物理學(xué)家認(rèn)為，在BIGBANG之后的最初幾微秒內(nèi)，這種物質(zhì)充滿了整個(gè)宇宙，宇宙仍然太熱，粒子無法聚集在一起形成原子。

在一項(xiàng)名為PHENIX的實(shí)驗(yàn)中，博爾德大學(xué)的杰米納格爾教授和他的同事們使用了紐約厄普頓布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的大型對(duì)撞機(jī)來重建等離子體。在一系列測(cè)試中，研究人員將質(zhì)子和中子數(shù)據(jù)包的不同組合粉碎成更大的原子核。

他們發(fā)現(xiàn)，通過仔細(xì)控制條件，他們可以產(chǎn)生夸克膠子等離子體的液滴，這些液滴膨脹形成三種不同的幾何圖案。

“我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果使我們更接近于回答早期宇宙物質(zhì)可能的最小數(shù)量的問題，”Nagle說。

博爾德大學(xué)和范德比爾特大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)了PHENIX實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析。

科學(xué)家們于2000年在布魯克海文的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)上首次開始研究這種物質(zhì)。它們將金原子的重核碰撞在一起，產(chǎn)生數(shù)萬億攝氏度。在由此產(chǎn)生的沸騰中，構(gòu)成所有質(zhì)子和中子的亞原子粒子夸克和膠子從原子鏈中分離出來，幾乎可以自由流動(dòng)。

幾年后，另一組研究人員報(bào)告說，他們似乎創(chuàng)造了一個(gè)夸克膠子等離子體，他們沒有將兩個(gè)原子碰撞在一起，而是將兩個(gè)質(zhì)子碰撞在一起。

這是令人驚訝的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)科學(xué)家認(rèn)為單個(gè)質(zhì)子不能提供足夠的能量來制造任何可能像流體一樣流動(dòng)的物質(zhì)。

Nagle和他的同事在2014年設(shè)計(jì)了一種方法來測(cè)試結(jié)果：如果這些微小的液滴表現(xiàn)得像液體，那么它們應(yīng)該保持它們的形狀。

正如他解釋的，“想象一下，你有兩個(gè)液滴膨脹成真空。如果這兩個(gè)水滴真的很近，那么當(dāng)它們向外膨脹時(shí)，就會(huì)相互碰撞，相互推動(dòng)，這就是創(chuàng)造出來的模式。”

換句話說，如果你把兩塊石頭扔進(jìn)一個(gè)相互靠近的池塘里，碰撞的漣漪就會(huì)相互流動(dòng)，形成一個(gè)類似橢圓的圖案。Nagle和Romatschke認(rèn)為，如果你把質(zhì)子-中子對(duì)(稱為氘)打碎成更大的東西，那么同樣的道理也是成立的。同樣，質(zhì)子-質(zhì)子-中子三重態(tài)，也稱為氦-3原子，可能會(huì)膨脹成類似三角形的東西。

這正是PHENIX實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的：氘的碰撞形成一個(gè)短而持久的橢圓，氦-3原子形成一個(gè)三角形，單個(gè)質(zhì)子爆炸成圓形。

研究人員說，研究結(jié)果可以幫助理論家更好地理解宇宙中原始的夸克膠子等離子體是如何在幾毫秒內(nèi)冷卻，從而產(chǎn)生第一個(gè)存在的原子的。

這項(xiàng)新研究包括來自65個(gè)機(jī)構(gòu)的共同作者。博爾德大學(xué)的合著者包括博士后研究員羅恩貝爾蒙特和達(dá)倫邁克格林希，以及研究生哈維爾奧杰拉-庫普，他們都是物理學(xué)家。

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