突破：经过不断努力，科学家终于发现宇宙最初状态的线索

宇宙大爆炸之后 ，宇宙瞬间变成了一锅温度高达万亿度的“汤”，其中充满了难以想象的稠密等离子体。

通过重离子碰撞，研究人员证实：这种原始物质的行为更像是一种近乎完美的液体，而不是一种高温气体。

因此它可以晃动和旋转，为我们提供了观察宇宙大爆炸后最初瞬间的罕见视角。

宇宙诞生后的最初1微秒，是人类天文观测永远无法触及的“黑暗纪元”。

那时的宇宙没有稳定的原子、质子与中子，只有一锅温度超万亿摄氏度、致密到极致的粒子浓汤——夸克-胶子等离子体（QGP）。

这种极端物质形态的物理性质，直接决定了宇宙早期的演化路径，却始终因其转瞬即逝的特性，难以被精准探测。

欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）上的紧凑型μ子螺线管（CMS）国际合作组取得突破性进展：他们首次通过全新的标记方法，清晰捕捉到高能夸克穿过QGP时留下的极微弱尾迹，为解锁早期宇宙的秘密提供了前所未有的干净探针。

相关研究成果已于2025年12月正式发表在《物理快报B》上。

在我们熟悉的日常世界里，构成原子核的质子与中子，内部的夸克都被强相互作用的“胶子纽带”牢牢束缚，永远无法单独存在，这就是粒子物理中的“夸克禁闭”现象。

但当环境的温度和密度提升到极端水平——相当于把数百个原子核压缩到单个原子核的体积内，温度达到1-2万亿开尔文时，强相互作用的束缚效应会被彻底打破。

夸克与胶子会挣脱核子的牢笼，形成一种完全不同于常规物质的全新物态，也就是QGP（夸克-胶子等离子体）。

长期以来，粒子物理学家都将高能夸克（更精准为喷注中的硬夸克）穿过QGP的过程，视为探测QGP性质的核心探针。

道理很简单：当一个高能夸克以接近光速穿过致密的QGP介质时，会与介质发生持续的强相互作用，将自身的能量和动量传递给周围的夸克胶子，就像高速飞行的物体穿过粘稠液体时，会在身后留下一个短暂的能量稀疏区。

这个区域的形态、存续时间，直接反映了介质的粘滞性、流动性等核心宏观性质。

但在实际实验中，想要捕捉到这个“能量稀疏区”信号，难度堪比在飓风里捕捉一声蚊子叫。

一方面，QGP液滴的直径仅有10^-14米，比氢原子还要小1万倍，从产生到湮灭的整个过程不超过10^-23秒，根本没有直接观测的可能；另一方面，夸克与QGP的强相互作用会产生大量杂乱的次级粒子，完全淹没了夸克身后的微弱尾迹信号，此前的实验始终无法将夸克本身的信号与介质的响应清晰区分开。

这次CMS合作组的突破，核心在于找到了一个完全不受QGP干扰的“绝对参照系”——Z玻色子。

作为电弱相互作用的传播子，Z玻色子参与弱相互作用和电磁相互作用，不参与强相互作用，而QGP介质的核心相互作用为强相互作用。

这就意味着，Z玻色子在QGP中几乎不会与介质发生任何相互作用，会毫发无损地离开碰撞区域，被外层探测器精准捕捉。

更关键的是，在重离子碰撞的极端环境中，Z玻色子往往会与一个高能夸克（或胶子）成对产生，二者遵循动量守恒定律，沿近乎相反的方向飞散。

这就相当于，每一个被探测到的Z玻色子，都自带了一份“伴生夸克说明书”：通过测量Z玻色子的能量、飞行方向，物理学家就能精准反推出伴生夸克的初始能量与飞行路径，给这个在QGP里穿行的夸克，装了一个不受任何干扰的GPS定位器。

借助这种全新的标记方法，CMS合作组对海量的铅核-铅核碰撞数据进行了系统性分析。

他们以Z玻色子的飞行方向为基准，精准锁定伴生夸克的飞行路径，随后对夸克路径后方的次级强子产额进行了高精度测量。

最终，研究团队捕捉到了一个极其微弱的信号：在夸克飞行路径的后方，强子产额出现了幅度不到1%的显著抑制。

这个看似微不足道的变化，正是物理学家寻找了数十年的关键证据——它直接对应着高能夸克穿过QGP时，在身后留下的能量耗尽区，也就是QGP介质被夸克扰动后形成的尾迹能量稀疏区。

这也是人类首次在实验中，通过无干扰的Z标记方法，清晰观测到这一极端微弱的介质响应信号。

这项发现的科学价值，远不止于首次观测到夸克的尾迹。

此前的实验已证实QGP不是早期理论预测的自由粒子气体，而是一种具有极低粘滞性的近理想流体（粘滞性接近量子力学极限）。

但受限于探针精度，始终无法对其粘滞性/熵密度比、状态方程等核心参数进行精准约束。

这次观测到的尾迹，其形态、抑制幅度直接与QGP的宏观流体性质绑定，为QGP的近理想流体特性提供了全新的、高精度的实验证据，也为未来测量QGP的核心参数开辟了一条干净的全新途径。

更重要的是，这项成果为我们打开了观测早期宇宙的全新窗口。

我们目前所有的天文观测，最远只能回溯到宇宙大爆炸后38万年的宇宙微波背景辐射——在此之前，宇宙中的光子会与自由电子、质子持续发生汤姆逊散射，无法自由传播，整个宇宙处于完全不透明的状态，更不用说大爆炸后仅数微秒的QGP纪元。

而实验室里的重离子碰撞，相当于在地球上人工复刻了早期宇宙的极端高温高密环境，让我们能通过精准测量QGP的性质，还原宇宙诞生最初瞬间的演化过程：QGP如何在宇宙膨胀冷却中逐步强子化，形成质子、中子等强子，最终为原子、星系的形成奠定基础。

研究团队核心成员、范德堡大学物理学助理教授陈毅表示，这次的观测仅仅是一个开始。

随着LHC高亮度运行阶段的推进，未来合作组将积累远超当前量级的碰撞数据，届时将能更精准地测量尾迹的形态变化，进一步约束QGP的核心物理性质，一步步走近宇宙诞生的最初时刻，看清万物起源的真相。