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欧核中心模拟宇宙大爆炸 欲重现神秘"等离子场"

http://www.kexue.com 2012-09-18 10:35:36 腾讯科学  发表评论

欧核中心寻宇宙大爆炸后神秘的“等离子汤”
2008年拍摄的欧洲核子研究中心的大型离子探测器(ALICE)

  欧洲核子研究中心继发现希格斯玻色子后正在着手准备另一项发现任务,即寻找在宇宙大爆炸发生后不到一秒的时间内出现的“等离子场”。科学家们已经将不同类型的粒子对撞试图创建“等离子场”环境,模拟宇宙大爆炸之后毫秒内的状态。位于日内瓦边境的欧洲大型强子对撞机将于下周二关闭休整,在此之前几乎算是确认了希格斯玻色子的存在。因此科学家正加紧寻找关于宇宙诞生时极短期出现“等离子场”状态的一些线索。

  探索“等离子场”状态的宇宙就需要使用另一台被称为大型离子对撞机(ALICE)的探测器,其是大型强子对撞机的探测器实验之一,可研究物质被加热到25万倍太阳核心温度时的状态,该环境如同宇宙诞生后的数毫秒内出现的“等离子场”。目前,欧洲核子研究中心已经发现了希格斯玻色子的存在,该中心的科学家们正在展望粒子实验的未来探索内容,直到现在为止,探索希格斯玻色子和“新物理学”框架中也包含了对暗物质、超对称之谜、宇宙是否存在额外的时空维度以及神秘的平行世界这些概念。

  欧洲核子研究中心目前通过将质量、电荷以及自旋等属性相同的“全同粒子”注入对撞机并加速至光速,模拟宇宙“等离子场”状态。大型粒子对撞机实验作为深埋在地下的大型强子对撞机实验的一部分,旨在分析由氢核实验产生的质子与更大的铅原子核撞击实验中形成的粒子。根据大型离子对撞机实验的科学家约翰内斯•韦塞尔斯(Johannes Wessels)介绍:“我们之前对大型强子对撞机进行不对称碰撞系统的试运行,了解其是否可以完成这项实验,结果显示它可以进行不对称粒子的碰撞实验。”

欧核中心寻宇宙大爆炸后神秘的“等离子汤”
宇宙大爆炸后各主要时期示意图,从等离子场状态逐渐演化出星系乃至地球生命

  来源于氢核的质子或者铅核质子的对撞就相当于橘子和橘子之间发生的对撞,是一种同粒子之间的碰撞实验,而现在我们需要将不同粒子注入轨道内进行对撞,就相当于苹果和橘子之间的碰撞,这明显是一个不同类型的“小球游戏”。通过大型强子对撞机27公里长的隧道,不同粒子将以光速发生对撞,科学家对该实验的结果都表示出激动的心情。大型强子对撞机常规实验为质子-质子对撞实验,很少进行与等离子体相关的实验,该状态出现在137亿年前宇宙大爆炸后的数毫秒内。

  因此以往的对撞实验中,注入粒子在通过对撞机轨道后发生的高能碰撞只能提供很少宇宙大爆炸后极短期内关于液态夸克和胶子等离子体汤的信息,甚至找不到这样的线索。而夸克、胶子目前被认为是自然界中最小的单位。但是,科学家们认为要寻找的“等离子场”状态出现在数十亿样本所产生粒子中的一小部分,这些粒子的轨迹才符合宇宙大爆炸等离子汤时期的状态,欧洲核子研究中心粒子物理实验分析结果暗示了“新物理学”现象的存在。

  正是在这些全同粒子的碰撞中,科学家们发现了长期寻找的希格斯玻色子,该粒子在宇宙大爆炸后附于了其他粒子以质量,这样才使得我们的宇宙初显形态。欧洲核子研究中心发现的行为极为接近希格斯玻色子的新粒子仍为正式予以确认,但其是到目前为止本世纪最重要的科学发现。相关研究结果已经刊登在《物理快报B》期刊上。(Everett)

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