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欧对撞机撞出迷你宇宙爆炸 温度超10万亿℃(图)

来源:新京报
2010年11月10日04:20
视频:欧洲对撞机“开撞”制造“宇宙大爆炸”

欧洲大型强子对撞机(资料图片)

欧洲大型强子对撞机(资料图片)

 迷你“宇宙大爆炸”是通过令铅离子高速撞击产生的,撞击产生的温度是太阳核心温度的100万倍。  图为迷你“宇宙大爆炸”的电脑效果图。

   迷你“宇宙大爆炸”是通过令铅离子高速撞击产生的,撞击产生的温度是太阳核心温度的100万倍。  图为迷你“宇宙大爆炸”的电脑效果图。


这次对撞模拟了宇宙形成瞬间的物质状态

  强子对撞机撞出“迷你版宇宙大爆炸”

    铅离子对撞实验成功,再现宇宙大爆炸百万分之一秒后情形,有助于研究物质形成过程

  欧洲核子研究中心11月8日宣布,欧洲大型强子对撞机已成功完成了铅离子对撞实验。两束铅离子束以接近光速的速度撞击,产生多个微小的达到太阳核心温度的100万倍高温“火球”。科学家称,这再现了宇宙大爆炸一百万分之一秒后的状况,因此被很多媒体称为“迷你版宇宙大爆炸”。

  对撞温度超过10万亿℃

  此次实验是欧洲大型强子对撞机(LHC)四大实验之一的大型重离子对撞实验(ALICE),通过将铅离子进行对撞,在实验室条件下重建“大爆炸”之后的宇宙初期形态,获得的数据将让物理学家更多了解自然界的基本作用力。

  欧洲核子研究中心称,铅离子已于4日开始注入对撞机,7日零时探测到首次铅离子束流的对撞,8日11时20分,铅离子对撞实验正式开始。在地下延绵数百公里的隧道内,铅离子以接近于光速的速度高速运转,朝两个方向运动的铅离子束最后在ALICE探测器内撞击。

  观测到成功的对撞后,铅离子对撞实验控制室的科学家们爆发出一阵欢呼声,参与项目的英国科学家、伯明翰大学物理学家大卫·埃文斯博士说:“我们对这一成就十分激动。”他透露,对撞产生了实验中取得的有史以来的最高温度和密度,而且整个过程发生在安全、可控的环境内,撞击生成高度炽热及稠密的亚原子火球,其温度超过10万亿℃,达到太阳核心温度的100万倍。

  将研究宇宙诞生之初物质

  科学家认为,在如此高的温度下,构成原子核的质子和中子也被熔化了,生成一种原始的夸克和胶子“汤”,它被称为“夸克-胶子等离子体”。夸克-胶子都属于亚原子粒子,在“夸克-胶子等离子体”状态,它们失去了相互间原本的吸引力,理论上,这种状态只在宇宙大爆炸之后出现。人工制造并研究“夸克-胶子等离子体”,有助于研究宇宙形成之初的状态,获得的数据将用来解释137亿年前宇宙诞生之初的物质形成过程。

  研究人员希望,通过“夸克-胶子等离子体”可以更多地了解强相互作用力(strong force)。它是自然界存在的四种基本作用力之一。“强相互作用力不仅让原子核牢牢地绑定在一起,而且还对它们98%的质量负责。我现在正期待研究宇宙大爆炸发生后一百万分之一秒,构成宇宙的一小部分物质。”埃文斯说。

  强相互作用力  

    ■ 名词解释:强相互作用力

   通过研究更多地了解强相互作用力(Strong Force)是实验一大目的。

  自然界中有四种基本的相互作用力:强相互作用力、电磁相互作用力、弱相互作用力、万有引力。目前科学家对强相互作用力的了解最少。科学家最先认识到,质子、中子间的核力正是强相互作用力,但质子和中子并不是最基础的粒子。它们由夸克构成,束缚夸克的也是强相互作用力。更重要的是,强相互作用力产生了质子和中子质量的98%,其余2%来自夸克本身。

  这意味着,包括你我在内的所有由原子组成的物质,98%的质量都来自强相互作用力。量子色动力学

  邝宇平教授介绍说,量子色动力学就是有关强相互作用力的理论,研究质子、中子里更基本东西是如何结合起来的,在更微观层面研究它们的内部结构。虽然在上世纪70年代初科学家就已经知道这是什么力了,但是对于其了解有限,尤其是在作用强的情况下,强相互作用力有什么特殊作用,还在摸索阶段。现在的强子对撞机则实现了多粒子系统下研究它的条件。

  实验旨在寻找新物质形态 谢来  

    ■ 专家解读

  清华大学物理系教授邝宇平接受记者采访时表示,用“迷你版宇宙大爆炸”来比喻大型强子对撞机进行的铅离子对撞实验并不十分恰当,实验目的是研究微观世界的相互作用,寻找多粒子系统下有没有新的物质形态。

  邝宇平教授介绍,由于铅很重,铅离子对撞就相当于很重的原子核互相撞击,让其中很多质子、中子这些粒子大量对撞,碰撞的能量很高,形成一个高温下的多粒子系统,“科学家借此研究其中的现象,尤其是量子色动力学的效果”。

  邝教授指出,铅离子对撞实验非模拟宇宙大爆炸,而是创造一种条件,看大爆炸以后可能产生的东西现在能不能发现。更准确地说应该是宇宙大爆炸发生形成粒子以后,稍后一段时间的状况,并非大爆炸的瞬间,和大爆炸的过程及性质都是两码事。媒体如果过度渲染,把它和大爆炸相提并论,不仅不准确,还可能由于误解让普通民众感到恐慌。

  用铅的重离子对撞是欧洲大型强子对撞机的实验内容之一,今年上半年是用质子对质子对撞的实验,做了10个月,从11月、12月到明年1月是铅离子对撞,之后再回到质子对撞。实际上质子对撞是实验的主体,铅离子对撞是整体实验的一部分,并非实验内容的升级。

  本版采写/本报记者 谢来

(责任编辑:马涛)
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