用大型強(qiáng)子對撞機(jī)能否找到愛因斯坦預(yù)言的物質(zhì)狀態(tài)
據(jù)國外媒體報(bào)道,愛因斯坦的狹義相對論曾預(yù)測過一種名叫“色玻璃凝聚態(tài)”的神秘物質(zhì)形態(tài)。而在長達(dá)十年的尋找之后,在大型強(qiáng)子對撞機(jī)工作的科學(xué)家們終于看到了希望的曙光。 大型強(qiáng)子對撞機(jī)是全球最大的粒子對撞機(jī),是一個總長27公里的環(huán)狀結(jié)構(gòu),位于接近法國與瑞士邊境的地下深處。不過,研究人員并不是通過讓以接近光速運(yùn)行的粒子相撞來尋找這種神秘物質(zhì)的。相反,他們的關(guān)注點(diǎn)在于當(dāng)粒子并未相撞、而是近距離擦肩而過時,究竟發(fā)生了什么。 在標(biāo)準(zhǔn)物理學(xué)模型中,宇宙中98%的物質(zhì)都是由一種名叫“膠子”的基本粒子維系在一起的。正是膠子將夸克聯(lián)結(jié)在一起、構(gòu)成了質(zhì)子和中子。而如果將質(zhì)子加速到接近光速,就會發(fā)生一種奇特的現(xiàn)象:質(zhì)子內(nèi)部的膠子濃度會急劇升高。在這種情況下,膠子會分裂成一對能量更低的膠子,后者再進(jìn)一步分裂成另一對膠子,并不斷持續(xù)下去。最終,質(zhì)子內(nèi)部的膠子分裂會達(dá)到一個上限,膠子數(shù)量也就不再繼續(xù)增加。此時這種狀態(tài)就叫“色玻璃凝聚態(tài)”:一種可能存在于超高能質(zhì)子和重原子核中的假想物質(zhì)狀態(tài)。 科學(xué)家指出,這種凝聚態(tài)能夠解釋物理學(xué)的許多未解之謎,比如粒子是如何在高能撞擊中形成的、以及物質(zhì)在粒子內(nèi)部的分布情況等等。但數(shù)十年以來,科學(xué)家始終沒能證實(shí)它的存在。一直到2000年,位于紐約的布魯克海文相對論重離子對撞機(jī)才首次發(fā)現(xiàn)了色玻璃凝聚態(tài)可能存在的跡象。 布魯克海文實(shí)驗(yàn)室的研究人員讓剔除了電子的金原子相撞后,在涌出的大量粒子中發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的信號,顯示這些原子內(nèi)部的質(zhì)子中已經(jīng)擠滿了膠子、正開始形成色玻璃凝聚態(tài)。在此之后,科學(xué)家又在大型強(qiáng)子對撞機(jī)中用重離子開展了進(jìn)一步碰撞實(shí)驗(yàn),也取得了類似的結(jié)果。然而,如果讓質(zhì)子在相對論速度下相撞,我們只能短短瞥見一眼質(zhì)子的內(nèi)部構(gòu)造,因?yàn)檫@些亞原子粒子轉(zhuǎn)瞬間就會發(fā)生劇烈爆炸、灰飛煙滅。因此,要想真正探測質(zhì)子的內(nèi)部結(jié)果,我們必須采用一種更“溫和”的手段。 |