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科學家創造出迄今溫度最高密度最大核材料(圖)
時間:2011-01-05 16:39:58    來源:    瀏覽次數:    科技首頁    我來說兩句()

計算機演示最初的迎面碰撞

  北京時間12月7日消息,歐洲大型強子對撞機(LHC)項目科學家通過使鉛原子核迎頭對撞,成功在實驗室中創造出迄今溫度最高、密度最大的核材料。

  迷你版宇宙大爆炸

  工業爐窯的最高溫度達一千度,不過,與粒子在接近光速的速度時相互撞擊產生的溫度相比,簡直不值一提。12月2日,歐洲核子研究中心(CERN)實驗室的科學家公布了大型強子對撞機實驗的第一批結果。在這次實驗中,鉛原子核在17英里(約合27公里)長的環形隧道運行,接著迎面相撞,在數萬億度的高溫條件下瞬間生成物質微粒。

  雖然鉛原子核對撞產生的迷你火球稍縱即逝,但安放在附近的大型探測器仍能快速做出反應,分析向外流動的無數殘骸粒子。法國巴黎綜合理工學院的波爾克·威斯洛奇(Bolek Wyslouch)在歐洲核子研究中心的會議上發言時說:“這是人類迄今在實驗室中創造的溫度最高的核物質。”威斯洛奇是緊湊渺子線圈(CMS)任務小組的代表,該任務團隊利用大型強子對撞機的一臺巨型探測器去觀察鉛原子核相撞。

  歐洲核子研究中心第二臺大型探測器ALICE任務團隊代表尤根·舒克拉夫特(Juergen Schukraft)在這次討論會上也表示:“我喜歡稱之為‘迷你大爆炸’。”言下之意,大型強子對撞機的重離子高能對撞僅僅是迷你版本的宇宙大爆炸。宇宙便是誕生于發生在大約140億年前的大爆炸。實際上,在能量密度和溫度方面,大型強子對撞機實驗產生的迷你火球的狀況均類似于早期宇宙在大爆炸后瞬間的狀況。

  夸克-膠子等離子體

  在此之前,還從未有這么多的能量——這次實驗是數百萬億電子伏特(簡稱TeV)——被故意存儲于僅相當于幾個質子大小的空間內。質子是每個原子核的基本組成部分,大小僅是原子本身的萬分之一左右。加速器研究項目的科學家往往將電子伏特作為能量單位,因為這是電力加速生成的電子所獲得的精確能量。

  當兩個含有數百個質子和中子的鉛原子核幾乎迎頭相撞,而且每個質子和中子的能量都達到1.4電子伏特時,那會發生什么事情?據物理學家介紹,當它們相撞和相互作用時,質子與中子會融化變成稱為夸克和膠子的更為基本的組成部分。結果,就形成了由數百個相互間強烈作用的粒子構成的熾熱液體——物理學家稱之為“夸克-膠子等離子體”。

  今年初,美國布魯克海文國家實驗室相對論性重離子對撞機(RHIC)項目科學家公布了這臺對撞機令金原子核撞擊生成夸克-膠子等離子體的數據。據他們介紹,夸克-膠子等離子體的溫度高達4萬億度,是有史以來在實驗室中獲得的最高溫度。大型強子對撞機項目科學家尚未直接測量最新實驗生成的夸克-膠子等離子體的溫度。

  動量平衡或被打破

  舒克拉夫特說,由于大型強子對撞機對撞實驗的能量密度大概是相對論性重離子對撞機實驗的三倍,生成的夸克-膠子等離子體溫度自然也會更高。接下來幾周,科學家將在多份科學期刊上詳細描述大型強子對撞機重離子對撞實驗結果。負責操作大型強子對撞機第三臺探測器ATLAS的科學家報告稱他們觀測到對撞實驗出現了巨大噴流。

  一束噴流是強大的圓錐形能量,在對撞不久后以飛行粒子的形式從火球中出現。科學家認為,如果強大噴流從一側噴射而出,另一側應該也有互補噴流以達到動量平衡。然而,在許多對撞事件中,科學家僅觀測到一束噴流。在即將刊登于《物理評論快報》雜志的論文中,ATLAS項目科學家會詳細描述鉛原子核對撞實驗中產生的噴流之間動量不平衡的首個例證。

  另一束消失不見的噴流究竟到哪里去了?ATLAS項目小組代表布萊恩·科爾在歐洲核子研究中心會議上發言時表示,夸克-膠子等離子體本身或許在向外運行時吸收了部分或全部噴流。這一過程并不一定要達到均衡。科爾在談到兩束鉛離子如何迎頭撞擊時說:“兩束噴流越迎面撞擊,就越不對稱。”

  ATLAS項目小組另一位科學家彼得·斯坦伯格(Peter Steinberg)說,科學家原本估計到部分噴流能量可能會被吸收,但對某些情況下噴流似乎完全被吸收的情況仍感到十分吃驚。科學家希望,可以利用兩束噴流外形不對稱來理解在實驗室中創造的最稠密物質的前所未見的特性

關鍵字:科學家,大型,實驗,強子對,溫度,能量,等離子,項目,實驗室
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