美加速器創實驗室環境下最高溫度紀錄

一個國際研究小組利用美國相對論重離子對撞加速器（RHIC）,在實驗室環境下創造出了超出太陽中心溫度25萬倍，約達4萬億攝氏度的超高溫度。該項研究為模擬宇宙大爆炸后的情形、探索宇宙成因提供了重要線索。
　　科學家們認為，在宇宙大爆炸之后的數十萬分之一秒內，宇宙中充滿了夸克—膠子等離子體物質（亦稱夸克湯）。之后宇宙逐漸冷卻，夸克和膠子等逐漸凝縮成為質子和中子，直至創造出了現在形成宇宙的物質，即原子核、原子以及由原子核與原子積聚起來的恒星行星。通過超級計算機的模擬演算，實現夸克—膠子等離子體所需要的溫度約為2萬億攝氏度。科學家推測，可通過人為方法制造出使質子和中子熔化形成夸克—膠子等離子體超高溫狀態。
　　研究小組利用美國布魯克海文國家實驗室的RHIC讓接近光速運動的金離子進行對撞，夸克和膠子形成了高溫、高密度的零黏性“完全液體”，即為夸克—膠子等離子體。通過計算后，研究人員確認撞擊形成的超高溫夸克—膠子等離子體“湯”溫度達到4萬億攝氏度，這也是到目前為止在實驗室中產生的最高溫度。
　　撞擊初期產生的光粒子，即光子，從高溫物質放射出熱量，也稱為熱光子。熱光子通過周圍的高密度物質向外部均勻釋放。其產生量和能量分布反映出撞擊初期的溫度和其后的時間發展，因此，測定熱光子就能夠直接測定出撞擊后的溫度。但是，金離子對撞每次可產生數千個粒子，很多粒子瞬間崩潰成光子，其中噪音光子的產生量約為熱光子產生量的10倍，由于沒有直接區別噪音光子和熱光子的方法，熱光子隱藏在噪音光子中，使得測定熱光子極為困難。
　　研究小組利用電子和其反粒子正電子的變換，分離出熱光子和噪音光子。通過測定電子—正電子對，并根據愛因斯坦著名的質量能量關系公式E=mc2計算出光子轉換電子—正電子對的比率，研究小組成功測定出熱光子的產生量和能量分布，并將結果同理論預測進行比較，推斷出撞擊獲得的高溫物質溫度約為4萬億攝氏度，遠遠超過向夸克—膠子等離子體過渡所需的約2萬億攝氏度。
　　該研究成果使RHIC生成夸克—膠子等離子體的研究更加深入，使測定初期溫度、黏性等物質基本屬性的結果更為精密。此項研究不僅有助于進一步了解宇宙初生時期的狀態，還可解讀基本粒子的強相互作用以及描述這一作用的“量子色動力學（QCD）”理論。
　　該研究成果發表在2月15日美國物理學會會議上，并刊載于近期的美國《物理學評論快報》上。