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夸克的神秘状态——夸克汤,最微小物质反而可以揭示宇宙的奥秘

夸克的神秘状态——夸克汤,最微小物质反而可以揭示宇宙的奥秘
2019年10月10日 18:59 新浪网 作者 娱乐神叨叨

  宇宙中的任何物质,说到底都是微观粒子构成的。小到一个玩具,大到整个星球,都是由原子、分子或者离子构成。

  这些微观粒子,其实也不是最基础的物质,原子是由原子核以及电子组成的。而在原子核里,还有中子和质子。

  夸克的神秘状态——夸克汤,最微小物质反而可以揭示宇宙的奥秘

  人们长时间以来认为质子和中子已经不可再分割,而后来的研究指出:质子和中子也都是有更小的粒子组成——夸克。

  夸克一共有6种,其中两种组成了质子和中子,那就是上夸克和下夸克。

  上夸克带有2/3个正电荷,下夸克带有1/3个负电荷,两个上夸克和一个下夸克就组成了带有1个负电荷的质子,两个下夸克和一个上夸克则组成了不带电的中子。

  夸克有一个独特的性质,叫做夸克禁闭,指的是在强相互作用下,夸克之间的作用力不是随着距离的增加而减弱,反而是随着距离的增加而加强,这导致我们无法将某一个夸克单独分离出来。

  当我们尽量增加能量,用来分离夸克的时候,将会发生神奇的现象:包含着夸克的质子和中子会发生“融化”,让夸克和胶子(将夸克连接在一起的粒子)呈现出等离子体,这种夸克-胶子等离子体,被称作夸克汤。

  想要验证这个说法,科学家们必须要给夸克注入足够的能量,工具就是我们熟悉的大型粒子对撞机。

  早在三十多年前,科学家们就尝试制造出夸克汤来。但是,想要制造夸克汤,至少需要1万亿到2万亿摄氏度的超高温才可以,方法是让重原子核以超高速对撞,对于当时的科学家来说,实在很吃力。

  夸克的神秘状态——夸克汤,最微小物质反而可以揭示宇宙的奥秘

  一直到了2000年的时候,欧洲粒子物理研究所的科学家对外表示,他们已经找到了夸克汤存在的间接证据。不过,他们却并没有直接制作出夸克汤。

  远在几千公里以外,美国大都市纽约城的地下,有一个长达3.8公里的相对论重离子碰撞机RHIC。这个对撞机可以把重离子加速到相对论速度,进行数十亿次撞击,将温度提升到1万亿摄氏度以上,最多可以升温到4万亿摄氏度(当然都是极小范围内的一瞬间,不会对外界有什么影响)。

  这个温度,可以说非常惊人了。即使是太阳的温度,也只有2000万摄氏度!

  那么,科学家为何如此兴致勃勃地想要制造出夸克汤呢?

  事实上,别看夸克是宇宙中最小的物质,不过它却恰恰是能反映出宇宙的奥秘。

  原来,在宇宙大爆炸初期,宇宙还处于一片“混沌”的状态。注意:这个时间其实非常短暂,但是经历的变化却极其复杂,甚至比后面上百亿年还要精彩。

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  而RHIC制造出来的4万亿摄氏度高温,是目前人类制造出来最接近大爆炸的。而这个时候夸克的状态,也非常有可能就体现出了宇宙大爆炸的模样。而在这个过程中,它们是如何组成其他粒子从而构建出这个宇宙的,则是个未解之谜。

  或许,通过夸克汤,我们就能够了解宇宙大爆炸后的演化模式。如果都不知道我们这个宇宙是怎么来的,又何从知道我们的宇宙是怎么没的呢?

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