CERN 夸克尾迹证实早期宇宙等离子体呈液态

10 月 6 日，瑞士大型强子对撞机（LHC）的科学家发布了直接证据，证明夸克在夸克-胶子等离子体内部会产生尾迹。通过 ScienceDaily 发布的结果显示，原始物质足够致密，能减缓高速夸克，并像流体一样集体反应。这一发现解决了关于最早期宇宙物质物理状态的长期争论，首次直接证明它表现为单一、内聚的液体，而非弥散气体。这对宇宙学意义重大，使物理学家能更精确地模拟宇宙最初几微秒的行为。

MIT 物理学教授、CERN 团队成员 Yen-Jie Lee 称这一结果解决了长期争论。“在我们领域，关于等离子体是否应该对夸克做出反应，一直存在长期争论，”Lee 说，“现在我们看到等离子体极其致密，能减缓夸克，并像液体一样产生飞溅和漩涡。所以夸克-胶子等离子体确实是一种原始汤。”

实验让重离子以接近光速碰撞，重现宇宙最早的时刻。在这些微秒内，温度达到数万亿度，形成夸克-胶子等离子体。这种状态迅速冷却，使夸克和胶子结合成质子、中子和其他常见粒子。这一过程模拟了大爆炸后宇宙过热、原子无法形成的条件。通过研究这些碰撞，研究人员可以观察塑造宇宙最初物质的基本力。在这些高能事件中收集的数据，为极端条件下的物质特性提供了独特窗口。

追踪穿过等离子体的单个夸克，团队观察到了类似鸭子在水中游动时的涟漪、飞溅和漩涡尾迹。这些观察首次直接证明，夸克-胶子等离子体像单一流体一样对快速粒子做出反应。它不仅仅表现为独立散射粒子的集合。这种流体行为与物质是真正液体而非气体或固体的特性一致。正是这种集体运动产生了团队检测到的可见尾迹。如果没有这种类液性质，尾迹不会以观察到的模式形成。

该研究由 MIT 物理学家领导，包括 CMS 合作组织成员，这是一个使用紧凑缪子线圈探测器（Compact Muon Solenoid）的全球团队。Lee 和同事们开发了一种检测这些夸克尾迹的新方法。他们计划将其应用于更多碰撞数据，以发现更多实例并进行更深入的研究。这一合作努力凸显了现代粒子物理研究的国际性。紧凑缪子线圈探测器是为此目的建造的最大仪器之一。其精度对于捕捉等离子体内夸克相互作用的细微效应至关重要。

测量尾迹的大小、速度、范围和消退时间，可能会揭示夸克-胶子等离子体的关键特性。这些数据也可能暗示等离子体在宇宙开始后的最初几微秒内的行为。

“研究夸克尾迹如何来回反弹，将让我们对夸克-胶子等离子体的特性有新见解，”Lee 说，“通过这个实验，我们正在对这种原始夸克汤进行快照。”

这一发现契合了粒子物理繁忙的一周。10 月 7 日，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学家报告了二碲化铀中异常的超导行为。电子对形成了称为对密度波的涟漪图案。发表在《美国国家科学院院刊》上的研究建议，这些图案在普通超导消失后仍然存在。这一发现挑战了现有模型对复杂材料中超导工作的理解。它为理解物质的量子态开辟了新途径。结果已在凝聚态物理学家中引发讨论。

伊利诺伊大学 Grainger 工程学院物理学教授、项目共同负责人 Eduardo Fradkin 将这一发现描述为重要。“对密度波是超导的柴郡猫微笑，”Fradkin 说，“它们是相位本身消失后留下的遗迹。在传统超导体中，库珀对在完整相变发生时形成，但在这个系统中，在转变点以上 PDW 中的观察表明，它们以不同状态预先形成。”

10 月 4 日，墨尔本大学研究人员发布了 30 年澳大利亚林业实验的结果。通过 ScienceDaily 发布的研究发现，重度间伐的山灰桉树林生长出异常大的树木。这些森林也恢复了足够的碳，以匹配或超过未受干扰区域。这表明谨慎间伐可以同时支持木材生产、野生动物栖息地和碳储存。长期数据提供了对管理森林如何在数十年内演变的罕见观察。它为类似生态系统的可持续林业实践提供了实用见解。

CERN 夸克尾迹发现对早期宇宙模型很重要。确认夸克-胶子等离子体的类液性质，为大爆炸后瞬间的条件提供了有形快照。新的检测方法允许进一步分析这种原始物质的行为，可能完善宇宙最早期演化的模型。