一項新的實驗表明，原子粉碎機中熾熱火球中產生的神秘粒子行為異常。
測量顯示，這種被稱為粲夸克的粒子與其相鄰的亞原子粒子表現出令人驚訝的相互作用。這一發現可能有助於科學家們更好地理解宇宙大爆炸後不久存在的條件，當時宇宙瀰漫著基本粒子的原始湯，並可能揭示出科學家們今天所知物理學之外的線索。[古怪物理學：自然界最酷的小粒子]
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令人驚訝的粲夸克行為首次在布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機 (RHIC) 中被發現，該對撞機的目標是重現宇宙大爆炸後萬億分之一秒內的條件。 新觀測的關鍵是重味追蹤器 (HFT)，這是一組最近安裝的超靈敏光電探測器，類似於數碼相機中的探測器。 透過使用 HFT，研究人員首次直接測量了粲夸克從旨在重現宇宙最初時刻的萬億度火球中出現時的行為。
為了重現這些原始條件，RHIC 以接近光速的速度相互發射金原子。 當它們碰撞時，原子會分解成一種由基本、自由流動的粒子組成的湯，稱為夸克-膠子等離子體。 夸克構成更熟悉的粒子，如質子和中子，而膠子是維繫夸克的強核力的載體。
一項詳細介紹這項新發現的研究表明，這些測量結果告訴物理學家，他們基於量子色動力學理論建立的、將夸克和膠子結合在一起的場模型是否正確。
布魯克海文國家實驗室物理學家弗萊明·維德貝克是該研究的合著者，他告訴 Live Science：“您可以研究核介質在這些高溫下的行為和功能。”
重相互作用
夸克及其反物質對應物有六種型別，物理學家稱之為“味”：上、下、頂、底、奇異和粲。 它們具有不同的質量；構成質子和中子的上夸克和下夸克是最輕的。 粲夸克是第二重的，僅次於頂夸克。 它們永遠不會在地球上的普通條件下形成； 需要粒子加速器才能製造它們。 [關於夸克的 7 個奇怪事實]
阿爾伯特·愛因斯坦著名的 E = mc2 方程指出，能量和質量是同一事物，當原子核在 RHIC 中碰撞時，能量非常巨大，以至於會產生更重、更奇異的粒子，例如粲夸克。
這種熾熱碰撞形成的粒子之一是 D-零介子，由粲夸克和反上夸克組成。 D-零介子在衰變並變成另外兩種粒子：卡介子和π介子之前，會移動一毫米的一小部分距離。 實驗人員實際上是用 HFT“看到”卡介子和π介子。
令研究人員驚訝的是，夸克-膠子等離子體的流動捕獲了重 D-零介子粒子。 足球形的火球從較寬的部分而不是從兩端發射出更多的 D-零介子，而不是以均勻分佈的方式。 之前的模型預測，包含重粲夸克的 D-零介子質量太大，無法與等離子體中的夸克和膠子相互作用。 根據這些模型，它的質量意味著 D-零介子會過快地衝出，以至於等離子體的力無法作用於它，並且等離子體持續的時間不足以產生太多的相互作用。
相反，夸克-膠子等離子體具有低粘度； 如果它是一種流體，它會自由流動，維德貝克說。
維德貝克說：“它具有低粘度這一事實意味著它與[粒子]的相互作用相當大。” 這意味著“一些模型相差甚遠。”
除了幫助科學家改進他們的模型外，粲夸克還揭示了更多關於夸克-膠子等離子體如何行為的細節。 更多地瞭解這種等離子體的實際作用有助於科學家們瞭解在尋找新的物理定律時應該尋找什麼，並幫助他們理解他們已經知道的定律的含義。
維德貝克說，在未來的實驗中，該團隊希望深入瞭解由夸克組成的其他重而稀有的粒子的行為，例如 B（或“美”）介子，它由底夸克及其較輕的近親之一組成。
該研究於 5 月 26 日發表在《物理評論快報》雜誌上。
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