宇宙最烫的“汤”里,抓到一道尾迹
CERN的CMS合作组在《物理评论快报》宣布:第一次在夸克-胶子等离子体里,看到喷流留下的扩散尾迹。
理论学家20年前就预言过。今天才逮到。
它像船过水面
船开过水面,船尾拖出V形尾迹,角度约19.5度。CMS看到的,是宇宙最极端“水”里,一艘“船”开过的尾迹。
这“水”叫夸克-胶子等离子体。它是大爆炸后最初几微秒的状态,温度比太阳中心高20万倍。后来冷却,夸克和胶子被强相互作用力锁成质子和中子,才有今天的物质。
研究它,就是看宇宙“婴儿照”。
它不是气体,是液体,还是宇宙中最完美的液体,黏度比室温水低一个数量级。2005年美国RHIC推断出这个结果,物理学界震动。
既然是液体,高速物体穿过,就该有尾迹。理论学家算出:喷流身后该有两道扩散尾迹,像船一样。
难在尾迹太淡。夸克-胶子等离子体只存在10的负22次方秒,短到光跑不出一根头发丝,还在剧烈膨胀翻滚。等于在暴风雨海面找小舢板的两道细波纹。
20年磨一剑。
全球赛道,谁先看到谁写教科书
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高能核物理是少数玩家游戏。美国RHIC起步早,2000年撞重离子,2005年发现完美液体性质。欧洲LHC的CMS、ATLAS、ALICE能量更高,持续出大成果。日本、德国、法国也深度参与。
这不是卡脖子,是谁先看到宇宙最初那一瞬的规律。谁先看到,谁拿写教科书的笔。
中国不是旁观者,但还没到主导位
LHC的CMS和ALICE里,中国团队是核心成员。中科院高能所、北大、中科大、华中师大等深度参与重离子碰撞数据分析和物理研究。喷流物理、重夸克偶素等方向,中国组做出不少被国际认可的工作。华中师大在整体极化上的成果,曾登《自然》封面级别。
但大科学装置主导权还在欧美。LHC是欧洲的,RHIC是美国的。中国是重要参与者,还不是规则制定者。
局面在变。兰州重离子加速器持续深耕。惠州在建强流重离子加速器,未来会是全球重离子物理重要平台。更长远,中国预研的环形正负电子对撞机若落地,将是下一代高能物理旗舰。
从参与到并跑,再到可能主导,路走得扎实,但没到终点。
这事到底有什么用
它回答一个根本问题:宇宙最原始的物质怎么流动?知道这个,才可能理解今天的宇宙为什么是这样。
高能核物理逼出的技术——超导磁体、高速数据采集、大规模计算、精密探测器——最后会流进产业。互联网就是CERN当年为了传数据顺手发明的。
扩散尾迹这个观测,意味着人类对强相互作用力的理解又往前一步。强相互作用力是四种基本力里最强的一种,把原子核绑在一起,决定物质能不能存在。理解它,就是摸物质世界的底层代码。
20年前预言,20年后看到。中间是理论家的耐心、实验家的死磕、几百万次碰撞里的筛选。
科学有时就是这样,一个信号,等一代人。这次信号里有中国团队。下一代对撞机,才是真正赛点。
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