科学家发现异类夸克-胶子等离子体创造的低能量"突破点"

ugmbbc 的报道 · 昨天 15:18

通过在不同能量下的金原子核碰撞，物理学家发现夸克胶子等离子体--一种奇异的物质状态产生在最低的3GeV碰撞能量下。这一发现有助于绘制核物质阶段图，并确定QGP存在的条件及其从普通物质的过渡。

新的数据--显示高碰撞能量产生了夸克胶子等离子体（QGP），而最低能量的碰撞却没有--将帮助科学家绘制出QGP和强子阶段之间的边界。资料来源：布鲁克海文国家实验室

物理学家通过将金原子核碰撞在一起，创造出一种被称为夸克-胶子等离子体（QGP）的奇异物质状态。通过系统地改变参与碰撞的能量，科学家们已经表明，QGP存在于能量从2000亿电子伏特（GeV）至少下降到19.6GeV的碰撞中。然而，它的产生似乎在最低的碰撞能量，即3GeV时被"关闭"了。在描述这些对撞中产生的质子分布的数据中，"关闭"信号显示为一个符号变化--从负数到正数。

该分析将数据与包括QGP的形成在内的数值模拟进行了比较。如果数据与预测相符，它就提供了QGP已经形成的证据。因此，在最低碰撞能量下的符号开关是一个迹象，表明QGP的形成在该能量下被关闭。这些发现将帮助物理学家绘制出核物质的阶段，以及QGP能够存在的温度和密度条件，以及普通物质和QGP之间的过渡。

新的分析使用了相对论重离子对撞机（RHIC）STAR探测器在RHIC光束能量扫描的第一阶段收集的数据，系统地搜索了10种不同的碰撞能量。来自STAR合作组织的科学家们逐一测量了质子的数量减去产生的反质子的数量，以及净质子生产分布的各种特征。他们将他们的观测结果与使用量子色动力学（QCD）方程的"第一原理"计算进行了比较，QCD是描述夸克和胶子相互作用的理论。这种方法被称为格子QCD，模拟了4D时空格子上的夸克-胶子相互作用。

在碰撞能量为200、62.4、54.4、39、27和19.6 GeV时，数据与QGP一致。在19.6 GeV以下，数据继续与预测相符，尽管有很大的误差条显示不确定性的范围。但是在最低的能量，3 GeV，科学家们看到了戏剧性的转变。所分析的特征之间的层次顺序发生了翻转--关键关系的符号也发生了翻转，从负数变为正数。这种符号变化表明，在RHIC的最低碰撞能量下，QGP的形成被关闭，这一点得到了第一性原理计算的支持。

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