美擬對撞金原子再現原始“粒子湯”

　　據美國趣味科學網站2月4日報道，美國能源部下屬的布魯克海文國家實驗室的科學家擬讓金原子核以接近光速發生對撞，制造出模擬宇宙大爆炸后就產生的夸克-膠子等離子體“粒子湯”，從而更好地厘清宇宙的演化歷程。

　　目前，這項實驗正在準備當中，科學家剛剛開始將液體氦注入1740個超導磁鐵內，以將磁鐵冷卻到接近絕對零度（約為零下273攝氏度）。在此溫度下，磁鐵的“一舉一動”不會造成任何能量損失。接著，科學家們會引導帶正電荷的金離子束以接近光速的速度相互對撞，制造出高達4萬億攝氏度（為太陽熾熱內核溫度的25萬倍）的超高溫。

　　這一高溫環境會讓金原子內的質子和中子“融化”，制造出質子和中子的組成部分——夸克和膠子（無質量的膠子讓夸克結合在一起）組成的等離子體，從而模擬出了宇宙大爆炸之后就出現的最原始的粒子湯。科學家們希望通過對這種等離子體的研究，厘清早期宇宙如何演化到現有狀態。

　　這項實驗將在長達3.9公里的地下原子加速器-相對論重離子對撞機（RHIC）內進行，歷時約15周，金原子核內的質子和中子在RHIC內相互對撞，對撞能級為1000億電子伏特。

　　科學家表示，盡管從2000年起，就有科學家一直在進行類似的實驗，但最新實驗的對撞數量為以前所有實驗的總和，將讓以前的嘗試相形見絀。該實驗室對撞器-加速器部門的聯合負責人沃爾夫拉姆·費舍爾在一份聲明中表示：“從物理學角度而言，新實驗為以前所有實驗的集大成者。”

　　性能的提升主要歸功于以下幾方面：首先，對撞速度更快，因為金離子束的溫度更低而且被聚集得更好。在名為“隨即冷卻”的聚集技術內，傳感器會監測微小亞原子粒子的隨機運動，再使用電場輕推這些原子，讓其重新呈一條直線。其次，由超導材料制成的無線射頻光腔縮小了離子束發生對撞的位置。超導材料的使用使光腔能耐受更高的電壓，從而制造出更強的電場，將粒子加速到更高能級。費舍爾表示：“新型無線射頻系統提供了更好的聚集能力。”

　　再次，實驗中用到的改良版硅探測器能更好地探測到稀有粒子（比如罕見的 “粲夸克”粒子等）。盡管這些粒子的壽命非常短暫，行進距離只有頭發絲那么寬，之后就發生衰變，但新探測器能通過監測它們變成的粒子，在粒子煙消云散之前將其捕獲。該國家實驗室的物理學家杰米·鄧祿普指出，這種“硅傳感器纖薄的‘身形’和高分辨率將使我們能獲悉由重質量夸克組成的粒子如何從RHIC的夸克-膠子等離子體中流瀉出來。”