科學(xué)家制造“迷你宇宙大爆炸”

11月8日，科學(xué)家們開始利用位于瑞士和法國邊境的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)制造小型“宇宙大爆炸”，模擬近140億年前宇宙形成的瞬間過程。

這是該機(jī)器第一次使用鉛離子進(jìn)行對(duì)撞，以往實(shí)驗(yàn)均使用質(zhì)子。鉛離子和質(zhì)子統(tǒng)稱“強(qiáng)子”，但前者比后者更大、更重。實(shí)驗(yàn)取名為“愛麗絲”，是“大強(qiáng)子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)”的英文縮寫。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目吸引了來自全球30個(gè)國家100多個(gè)科研機(jī)構(gòu)的上千名物理學(xué)家、化學(xué)家和工程師的參與，第一階段任務(wù)于2010年12月完成。

在這臺(tái)“巨無霸”機(jī)器全長約27公里的環(huán)形軌道內(nèi)部，兩束鉛離子的亞原子粒子束朝著相反的方向前進(jìn)，它們每運(yùn)行一圈，就會(huì)獲得更多的能量，速度也隨之增加。對(duì)撞之際，這些粒子“狂飆”的速度可以達(dá)到光速的99.99%，從而使它們?cè)趯?duì)撞瞬間產(chǎn)生的高溫相當(dāng)于太陽核心溫度的100萬倍，即10萬億攝氏度。據(jù)信這個(gè)溫度就是137億年前宇宙大爆炸剛剛發(fā)生后百萬分之幾秒內(nèi)的溫度，之后宇宙中就再也沒有出現(xiàn)過如此高溫。

歐洲核子研究中心主任羅爾夫·霍伊爾說，之所以產(chǎn)生如此大的能量，是因?yàn)殂U離子含有28個(gè)質(zhì)子，因此鉛離子兩束束流加速后，單束最高能量遠(yuǎn)高于質(zhì)子束流能量，達(dá)到287萬億電子伏特。本次實(shí)驗(yàn)將是高能物理界的一次重大實(shí)驗(yàn)。

在上述溫度下，連構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子也被融化了，產(chǎn)生“夸克-膠子等離子體”。現(xiàn)有物理學(xué)理論認(rèn)為，宇宙誕生后的百萬分之幾秒內(nèi)，宇宙中曾存在過一種被稱為“夸克-膠子等離子體”的物質(zhì)。在這個(gè)物質(zhì)中，夸克和膠子（兩種理論上假設(shè)的無質(zhì)量粒子）等基本粒子以自由狀態(tài)存在。它們隨宇宙的冷卻結(jié)合形成質(zhì)子和中子等亞原子粒子，亞原子粒子形成原子，而原子最終形成今天的宇宙萬物。科學(xué)家們希望通過“迷你宇宙大爆炸”實(shí)驗(yàn)，解開宇宙形成之謎。

本刊編輯部輯