北京
欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机上的ALICE实验物理学家近日完成了迄今对原子核内胶子行为最精细的测量，并发现这些粒子可能进入一种被称为“胶子饱和”的高密度状态。这一成果为理解可见宇宙质量的来源提供了关键线索。
“虽然夸克常被描述为物质的基本构建块，但可见宇宙中几乎全部质量实际上来自胶子所携带的能量，以及将夸克束缚在一起的强力。”堪萨斯大学丹尼尔·塔皮亚·高木教授、ALICE合作组成员表示，“因此，理解胶子在原子核内的行为，对于理解物质本身如何获得质量与结构至关重要。”
为了以比以往更高的空间分辨率研究胶子在核内的涨落，ALICE物理学家采用了一种名为“非相干J/ψ光生产生”的实验技术。高木教授解释称，这些测量基于大型强子对撞机第2轮运行期间收集的数据——快速运动的铅核彼此擦肩而过，并未直接碰撞。在这种相遇中，原子核周围强烈的电磁场表现为高能光子束。当一个光子击中另一个原子核时，会短暂产生一种名为J/ψ的粒子，其产生过程可作为探测底层胶子结构的灵敏探针。
与许多将整个原子核平均化的测量不同，非相干J/ψ产生过程对胶子密度的局部涨落非常敏感，使物理学家能够探测到比质子更小的结构。这些存在于每个原子核内部的强胶子场，构成了宇宙中几乎所有可见物质，然而其集体行为至今仍是现代物理学面临的最大挑战之一。
“我们的非相干产生实验，就像从模糊图像切换到高分辨率显微镜。”高木教授说。这一新结果不仅深化了人们对强相互作用的认识，也可能为解开物质质量之谜开辟新的路径。相关研究已于近期在ALICE合作组内完成评审，并提交至《物理评论快报》等期刊。下一步，研究团队计划利用第3轮运行采集的更高能量数据，进一步检验胶子饱和现象的边界条件。
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