從(cong) 這次碰撞中產(chan) 生的原始物質被稱為(wei) “誇克-膠子等離子體(ti) ”（quark-gluon plasma，簡稱QGP），其存在隻持續了一瞬間。不過，這是科學家第一次探測到這種等離子體(ti) 的似液態特征——流動阻力小於(yu) 其他任何已知的物質——並揭示了其在宇宙誕生瞬間的演變。

大型離子對撞機實驗內(nei) 部

　　研究合著者，丹麥哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所副教授Zhou You說：“這項研究向我們(men) 展示了誇克-膠子等離子體(ti) 的演化，並最終（可能）揭示了宇宙在大爆炸後的第一個(ge) 微秒（0.000001秒）內(nei) 是如何演化的。”

　　在大爆炸之後，人們(men) 認為(wei) 宇宙就像一鍋“能量湯”，然後在一段稱為(wei) “暴脹”的時期內(nei) 迅速膨脹，從(cong) 而使宇宙冷卻下來，足以形成物質。科學家認為(wei) ，宇宙中出現的第一種實體(ti) 是誇克和膠子，前者是一種基本粒子，後者則承載著將誇克粘在一起的強大力量。隨著宇宙進一步冷卻，這些粒子形成了亞(ya) 原子粒子，稱為(wei) 強子（參與(yu) 強相互作用的基本粒子），其中一些就是我們(men) 所知的質子和中子。

　　通過位於(yu) 瑞士日內(nei) 瓦邊境的大型強子對撞機——世界上最大的原子對撞機——研究人員再現了宇宙曆史上“第一種物質”的產(chan) 生過程。他們(men) 將重原子核碰撞在一起，創造出一個(ge) 微小的火球，可以在極短時間內(nei) 有效地將粒子融化成它們(men) 的原始形態。早在2000年，科學家就首次創造出了誇克-膠子等離子體(ti) ，但在新研究中，他們(men) 第一次對該物質的液態性質進行了詳細探測。由於(yu) 誇克-膠子等離子體(ti) 的存在隻持續了10的負23次方秒，因此研究人員使用新的計算機模擬程序，以及從(cong) ALICE（A Large Ion Collider Experiment，即大型離子對撞機實驗）中收集到的數據，希望了解該物質的性質及其在形成至凝聚成強子的過程中如何變化。他們(men) 發現，誇克-膠子等離子體(ti) 是一種完美的液體(ti) ，即它幾乎沒有黏性或流動阻力；另一方麵，這種物質隨時間改變形狀的方式也與(yu) 其他形式的物質非常不同。

　　這些信息將幫助科學家了解宇宙在大爆炸後的最初階段是什麽(me) 樣子的。隨著大型強子對撞機的升級，以及美國一個(ge) 價(jia) 值10億(yi) 美元的新加速器上線，科學家希望在未來的實驗中發現更多細節。更多的研究將幫助科學家了解誇克和膠子如何排列成質子和中子，並且“可能與(yu) 大爆炸模型中名為(wei) 量子暴脹的早期階段有關(guan) ”。該研究的詳細報道已經在線發表於(yu) 2021年5月11日的《物理快報B》（Physics Letters B）。

　　什麽(me) 是誇克-膠子等離子體(ti) ？

　　誇克是組成物質的最小單元，而膠子是誇克間作用的傳(chuan) 遞介質，就如同光子之於(yu) 電磁作用。但奇怪的是，科學家並未在自然界中觀察到獨立的單個(ge) 誇克，換言之，誇克在常態下是禁閉的。理論物理學家認為(wei) ，在宇宙大爆炸的最初期，由於(yu) 物質密度和溫度極高，導致誇克禁閉被打開，使其能自由地在大尺度內(nei) 運動。這是一種全新的物質形態，即誇克-膠子等離子體(ti) ，大量存在於(yu) 大爆炸初期。描述這種誇克/膠子間的強相互作用的理論便是量子色動力學（Quantum Chromodynamics，簡稱QCD）。

　　在初始宇宙中，隻存在正反誇克、輕子、膠子等基本粒子形態的物質。隨著體(ti) 係的迅速膨脹，在大約幾微秒後，宇宙冷卻至幾百MeV（1MeV的溫度約為(wei) 1.16×10^10K），產(chan) 生了誇克-膠子等離子體(ti) 的物質形態。之後，隨著物質進一步膨脹和冷卻，正反誇克對形成了介子，三個(ge) 誇克形成了中子、質子等，同時電子、光子和中微子等輕子也依然活躍在宇宙中。此時，早期處於(yu) 大尺度自由運動狀態的誇克、膠子由於(yu) 誇克/膠子間的強相互作用被禁閉在核子內(nei) ，無法再大尺度自由活動。但由於(yu) 整個(ge) 體(ti) 係仍在不斷膨脹，溫度繼續迅速下降，當降到10億(yi) 度左右時，中子失去自由存在的條件，要麽(me) 衰變，要麽(me) 與(yu) 質子結合形成重氫、氦等元素；從(cong) 這一時期開始，化學元素陸續形成。當宇宙溫度進一步降到100萬(wan) 度後，早期形成化學元素的過程才宣告結束，宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些較輕的原子核。當溫度降至數千度時，宇宙間主要是氣態物質，這些氣體(ti) 逐漸凝聚，進一步形成恒星體(ti) 係，演變為(wei) 我們(men) 今天看到的宇宙。


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