一项新的实验表明，原子粉碎机中炽热火球中产生的神秘粒子行为异常。
测量显示，这种被称为粲夸克的粒子与其相邻的亚原子粒子表现出令人惊讶的相互作用。这一发现可能有助于科学家们更好地理解宇宙大爆炸后不久存在的条件，当时宇宙弥漫着基本粒子的原始汤，并可能揭示出科学家们今天所知物理学之外的线索。[古怪物理学：自然界最酷的小粒子]
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令人惊讶的粲夸克行为首次在布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机 (RHIC) 中被发现，该对撞机的目标是重现宇宙大爆炸后万亿分之一秒内的条件。 新观测的关键是重味追踪器 (HFT)，这是一组最近安装的超灵敏光电探测器，类似于数码相机中的探测器。 通过使用 HFT，研究人员首次直接测量了粲夸克从旨在重现宇宙最初时刻的万亿度火球中出现时的行为。
为了重现这些原始条件，RHIC 以接近光速的速度相互发射金原子。 当它们碰撞时，原子会分解成一种由基本、自由流动的粒子组成的汤，称为夸克-胶子等离子体。 夸克构成更熟悉的粒子，如质子和中子，而胶子是维系夸克的强核力的载体。
一项详细介绍这项新发现的研究表明，这些测量结果告诉物理学家，他们基于量子色动力学理论建立的、将夸克和胶子结合在一起的场模型是否正确。
布鲁克海文国家实验室物理学家弗莱明·维德贝克是该研究的合著者，他告诉 Live Science：“您可以研究核介质在这些高温下的行为和功能。”
重相互作用
夸克及其反物质对应物有六种类型，物理学家称之为“味”：上、下、顶、底、奇异和粲。 它们具有不同的质量；构成质子和中子的上夸克和下夸克是最轻的。 粲夸克是第二重的，仅次于顶夸克。 它们永远不会在地球上的普通条件下形成； 需要粒子加速器才能制造它们。 [关于夸克的 7 个奇怪事实]
阿尔伯特·爱因斯坦著名的 E = mc2 方程指出，能量和质量是同一事物，当原子核在 RHIC 中碰撞时，能量非常巨大，以至于会产生更重、更奇异的粒子，例如粲夸克。
这种炽热碰撞形成的粒子之一是 D-零介子，由粲夸克和反上夸克组成。 D-零介子在衰变并变成另外两种粒子：卡介子和π介子之前，会移动一毫米的一小部分距离。 实验人员实际上是用 HFT“看到”卡介子和π介子。
令研究人员惊讶的是，夸克-胶子等离子体的流动捕获了重 D-零介子粒子。 足球形的火球从较宽的部分而不是从两端发射出更多的 D-零介子，而不是以均匀分布的方式。 之前的模型预测，包含重粲夸克的 D-零介子质量太大，无法与等离子体中的夸克和胶子相互作用。 根据这些模型，它的质量意味着 D-零介子会过快地冲出，以至于等离子体的力无法作用于它，并且等离子体持续的时间不足以产生太多的相互作用。
相反，夸克-胶子等离子体具有低粘度； 如果它是一种流体，它会自由流动，维德贝克说。
维德贝克说：“它具有低粘度这一事实意味着它与[粒子]的相互作用相当大。” 这意味着“一些模型相差甚远。”
除了帮助科学家改进他们的模型外，粲夸克还揭示了更多关于夸克-胶子等离子体如何行为的细节。 更多地了解这种等离子体的实际作用有助于科学家们了解在寻找新的物理定律时应该寻找什么，并帮助他们理解他们已经知道的定律的含义。
维德贝克说，在未来的实验中，该团队希望深入了解由夸克组成的其他重而稀有的粒子的行为，例如 B（或“美”）介子，它由底夸克及其较轻的近亲之一组成。
该研究于 5 月 26 日发表在《物理评论快报》杂志上。
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