對(duì)愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論所預(yù)言的一種神秘物質(zhì)形式的研究正在縮小范圍。經(jīng)過(guò)十多年的研究，世界上最大的粒子對(duì)撞機(jī)的科學(xué)家們相信他們即將找到它。但研究人員并沒(méi)有在以接近光速撞擊在一起的粒子爆炸后的內(nèi)部進(jìn)行研究。相反，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)的物理學(xué)家們正在尋找失蹤的物質(zhì)，這種物質(zhì)被稱(chēng)為彩色玻璃冷凝物。LHC埋在法國(guó)和瑞士邊境附近的地下，直徑17英里(27公里)。
在描述亞原子粒子動(dòng)物園的標(biāo)準(zhǔn)物理模型中，宇宙中98%的可見(jiàn)物質(zhì)是由稱(chēng)為膠子的基本粒子結(jié)合在一起的。這些命名恰當(dāng)?shù)牧Ｗ迂?fù)責(zé)將夸克粘合在一起形成質(zhì)子和中子的力量。當(dāng)質(zhì)子加速到接近光速時(shí)，一種奇怪的現(xiàn)象發(fā)生了:它們內(nèi)部膠子的濃度急劇上升?？八_斯大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)副教授丹尼爾塔皮亞高基在一份聲明中說(shuō)，“在這些情況下，膠子分裂成一對(duì)能量較低的膠子，這樣的膠子隨后會(huì)分裂，如此等等?！薄霸谀骋粫r(shí)刻，質(zhì)子內(nèi)部膠子的分裂達(dá)到極限，此時(shí)膠子的增殖停止增加。這種狀態(tài)被稱(chēng)為彩色玻璃冷凝物，是一種假想的物質(zhì)相，被認(rèn)為存在于高能質(zhì)子和重原子核中?！?/p>
根據(jù)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究，這種冷凝物可以解釋物理學(xué)中許多未解之謎，比如高能碰撞中粒子是如何形成的，或者粒子中物質(zhì)是如何分布的。然而，科學(xué)家們幾十年來(lái)一直未能證實(shí)它的存在。但在2000年，布魯克海文相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了彩色玻璃冷凝物可能存在的第一個(gè)跡象。
當(dāng)實(shí)驗(yàn)室將失去電子的金原子撞在一起時(shí)，他們?cè)谂鲎埠罅鞒龅牧Ｗ又邪l(fā)現(xiàn)了一種奇怪的信號(hào)，這表明這些原子的質(zhì)子被膠子塞滿了，并開(kāi)始形成彩色玻璃冷凝物。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上進(jìn)行的重離子碰撞實(shí)驗(yàn)也得到了類(lèi)似的結(jié)果。然而，在亞原子粒子劇烈爆炸之前，以相對(duì)論速度將質(zhì)子對(duì)撞在一起只能讓人短暫地一瞥質(zhì)子內(nèi)部。探測(cè)質(zhì)子內(nèi)部需要一種更溫和的方法。
當(dāng)帶電粒子(如質(zhì)子)加速到高速時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，并以光子或光粒子的形式釋放能量。(由于光的雙重性，它也是一種波。)這些能量泄漏曾被認(rèn)為是粒子加速器的副作用，但物理學(xué)家已經(jīng)學(xué)會(huì)了利用這些高能光子的新方法。如果質(zhì)子發(fā)現(xiàn)自己在加速器中呼嘯而過(guò)，它們釋放出的光子風(fēng)暴可能導(dǎo)致質(zhì)子對(duì)光子的碰撞。這些所謂的超外圍碰撞是理解高能質(zhì)子內(nèi)部工作原理的關(guān)鍵。高木泰平在一份聲明中說(shuō):“當(dāng)高能光波擊中一個(gè)質(zhì)子時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生各種粒子，而不會(huì)破壞質(zhì)子?！薄斑@些粒子被我們的探測(cè)器記錄下來(lái)，讓我們能夠重建出前所未有的高質(zhì)量的內(nèi)部圖像。”
塔皮亞·高木和一個(gè)由科學(xué)家組成的國(guó)際合作組織正在使用這種方法來(lái)追蹤這種難以捉摸的彩色玻璃冷凝物。研究人員在《歐洲物理雜志c》8月刊上發(fā)表了他們的早期研究結(jié)果。這是該團(tuán)隊(duì)首次能夠間接測(cè)量四種不同能量水平下膠子的密度。在最高水平上，他們發(fā)現(xiàn)有證據(jù)表明彩色玻璃冷凝物剛剛開(kāi)始形成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果“…非常激動(dòng)人心,使新信息的膠子動(dòng)力學(xué)質(zhì)子,[b]但有許多理論問(wèn)題還沒(méi)有回答,”維克多Goncalves,佩洛塔斯聯(lián)邦大學(xué)的物理學(xué)教授在巴西和該研究的合著者,在聲明中說(shuō)。
目前，彩色玻璃冷凝物的存在仍然是一個(gè)難以捉摸的謎。
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