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英国物理学家解析迷你版宇宙大爆炸科学意义

 



ALICE设备中铅原子核对撞实验模拟图ALICE设备中铅原子核对撞实验模拟图

 导读:科学家借助欧洲大型强子对撞机(LHC)成功完成了创造迷你版“宇宙大爆炸”的实验,产生了一个温度为太阳核心温度100万倍的火球。英国理论物理学家约翰·埃利斯(John Ellis,自1978年起为欧洲核子研究中工作)撰文,解析此次实验的意义。以下为文章全文:

  严格意义上说,大型强子对撞机(LHC)没有重现大爆炸,但它确实成功重现了大爆炸发生后极短时间内宇宙小范围的情形。

  从今天开始,LHC设备的运行进入了一个新阶段。即对潜在的新物质状态进行探索。迄今为止,LHC设备就像是一台超级显微镜,通过实现粒子间的高能对撞,从而探索物质的最基本结构。在接下来的几周内,LHC设备将继续进行铅原子核的高能对撞实验,每次对撞都将包含大量粒子,实验的目的是了解在大量粒子同时发生高能对撞的情况下将会出现什么新现象。

  理论物理学家们对此进行了预言:他们认为在LHC铅原子核对撞实验中产生的超高密度和压力条件下,将出现一种新的物质态——夸克-胶子等离子体。在这种物质态中,物质的最基本粒子:夸克和胶子,将脱离核子(质子、中子等),这很类似在等离子电视机中电子从原子中脱离开一样。我们观看等离子电视,其实就是看到了这些逃逸的电子构成的电磁等离子体发出的光。类似的,“大型离子撞击试验探测器”(ALICE)和LHC设备将用于“观看”铅核高能对撞时发出的粒子,从而寻找证据,来验证或推翻现存关于夸克-胶子等离子体的理论。

  这些实验将提供探索基本物理理论的途径,包括一些由弦理论提出的观点。还可能对于宇宙的早期演化研究提供新的线索。宇宙学家们认为,如果夸克-胶子等离子体真的存在,那么极早期宇宙——大爆炸后不超过1微秒(1百万分之一秒)中应当充斥着这种物质状态。因此从这一角度看,此次的实验将对这一阶段的宇宙演化提供新的研究线索,从而影响对宇宙后续演化理论的研究。

  等离子物理学家们的观点是否正确呢?弦理论是否正确呢?宇宙学家们是否正确呢?LHC实验将提供一些答案。

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