中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研究員雍高產(chǎn)團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析重離子碰撞后產(chǎn)生的粒子“指紋”，提出了可能揭示夸克膠子等離子體出現(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)，為探索宇宙誕生之初的物質(zhì)形態(tài)演變提供了新視角。
約138億年前，在宇宙誕生后的百萬(wàn)分之一秒內(nèi)，整個(gè)宇宙曾處于超高溫高壓狀態(tài)，構(gòu)成物質(zhì)的基本單元不是質(zhì)子和中子而是自由的夸克和膠子，這種奇異的物質(zhì)形態(tài)被稱為夸克膠子等離子體。隨著宇宙膨脹降溫，夸克膠子等離子體逐漸凝聚成原子核。盡管科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室中制造出夸克膠子等離子體，但要精確描繪其形成過(guò)程仍面臨挑戰(zhàn)。
該研究分析不同質(zhì)量原子核的碰撞模擬發(fā)現(xiàn)，重輕反應(yīng)系統(tǒng)同類粒子發(fā)射比可作為揭示夸克膠子等離子體出現(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)。
如同指紋能識(shí)別身份，不同粒子在碰撞中的產(chǎn)出比例蘊(yùn)含著重要信息。研究使用改進(jìn)的多相模型模擬了鈣-40、鈣-48和金-197等不同重離子的劇烈對(duì)撞過(guò)程，重點(diǎn)關(guān)注Λ超子、K+介子、π介子和質(zhì)子等4種粒子的產(chǎn)生規(guī)律。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碰撞系統(tǒng)從較輕的鈣-40升級(jí)到較重的金-197時(shí)，某些特定粒子的產(chǎn)額比例出現(xiàn)異常變化。
進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)，在包含夸克自由度的碰撞模式中，粒子產(chǎn)額與參與碰撞的核子數(shù)基本成正比；而在僅考慮強(qiáng)子作用的碰撞模式中，重系統(tǒng)產(chǎn)生的粒子數(shù)量超出預(yù)期。這暗示某種新的物理機(jī)制在發(fā)揮作用。研究表明，當(dāng)夸克膠子等離子體形成時(shí)，夸克和膠子的自由流動(dòng)抑制強(qiáng)子間的多重散射，導(dǎo)致粒子產(chǎn)額明顯低于純強(qiáng)子模型的預(yù)期；反之，若未出現(xiàn)夸克膠子等離子體，強(qiáng)子間的持續(xù)碰撞會(huì)顯著增加粒子產(chǎn)額。
為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究引入PACIAE模型進(jìn)行交叉驗(yàn)證，證實(shí)了粒子產(chǎn)額異常與夸克物質(zhì)形成的關(guān)聯(lián)性。模擬結(jié)果顯示，部分子再散射對(duì)粒子產(chǎn)額的影響微乎其微，強(qiáng)子再散射則顯著增加粒子產(chǎn)額。
該研究提出的新型探針能夠有效降低系統(tǒng)誤差及各種模型不確定性，提高探測(cè)靈敏度與可靠性，為繪制完整的夸克膠子等離子體相圖提供重要線索。這一工作不僅深化了對(duì)高密核物質(zhì)狀態(tài)的理解，也為揭示宇宙早期演化之謎提供了新的實(shí)驗(yàn)思路。
近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理快報(bào)B》（Physics Letters B）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃的支持。
論文鏈接
宇宙演化示意圖
本文鏈接：探索宇宙早期物質(zhì)形態(tài)演化新探針提出http://www.sq15.cn/show-12-1040-0.html
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