創(chuàng)造早期宇宙物質的微小液滴

研究人員創(chuàng)造了曾經充滿早期宇宙的過熱物質的微小液滴，形成了三種不同的形狀和大?。簣A形、橢圓形和三角形。

這項研究發(fā)表在今天的《自然物理》雜志上，源于一個國際科學家團隊的工作，他們專注于被稱為夸克膠子等離子體的液體物質。物理學家認為，在BIGBANG之后的最初幾微秒內，這種物質充滿了整個宇宙，宇宙仍然太熱，粒子無法聚集在一起形成原子。

在一項名為PHENIX的實驗中，博爾德大學的杰米納格爾教授和他的同事們使用了紐約厄普頓布魯克海文國家實驗室的大型對撞機來重建等離子體。在一系列測試中，研究人員將質子和中子數(shù)據包的不同組合粉碎成更大的原子核。

他們發(fā)現(xiàn)，通過仔細控制條件，他們可以產生夸克膠子等離子體的液滴，這些液滴膨脹形成三種不同的幾何圖案。

“我們的實驗結果使我們更接近于回答早期宇宙物質可能的最小數(shù)量的問題，”Nagle說。

博爾德大學和范德比爾特大學的研究人員領導了PHENIX實驗的數(shù)據分析。

科學家們于2000年在布魯克海文的相對論重離子對撞機(RHIC)上首次開始研究這種物質。它們將金原子的重核碰撞在一起，產生數(shù)萬億攝氏度。在由此產生的沸騰中，構成所有質子和中子的亞原子粒子夸克和膠子從原子鏈中分離出來，幾乎可以自由流動。

幾年后，另一組研究人員報告說，他們似乎創(chuàng)造了一個夸克膠子等離子體，他們沒有將兩個原子碰撞在一起，而是將兩個質子碰撞在一起。

這是令人驚訝的，因為大多數(shù)科學家認為單個質子不能提供足夠的能量來制造任何可能像流體一樣流動的物質。

Nagle和他的同事在2014年設計了一種方法來測試結果：如果這些微小的液滴表現(xiàn)得像液體，那么它們應該保持它們的形狀。

正如他解釋的，“想象一下，你有兩個液滴膨脹成真空。如果這兩個水滴真的很近，那么當它們向外膨脹時，就會相互碰撞，相互推動，這就是創(chuàng)造出來的模式。”

換句話說，如果你把兩塊石頭扔進一個相互靠近的池塘里，碰撞的漣漪就會相互流動，形成一個類似橢圓的圖案。Nagle和Romatschke認為，如果你把質子-中子對(稱為氘)打碎成更大的東西，那么同樣的道理也是成立的。同樣，質子-質子-中子三重態(tài)，也稱為氦-3原子，可能會膨脹成類似三角形的東西。

這正是PHENIX實驗所發(fā)現(xiàn)的：氘的碰撞形成一個短而持久的橢圓，氦-3原子形成一個三角形，單個質子爆炸成圓形。

研究人員說，研究結果可以幫助理論家更好地理解宇宙中原始的夸克膠子等離子體是如何在幾毫秒內冷卻，從而產生第一個存在的原子的。

這項新研究包括來自65個機構的共同作者。博爾德大學的合著者包括博士后研究員羅恩貝爾蒙特和達倫邁克格林希，以及研究生哈維爾奧杰拉-庫普，他們都是物理學家。

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