重粒子，大秘密：大爆炸后发生了什么
一个国际科学家团队发表了一份新报告，该报告旨在更好地了解宇宙中一些最重的粒子在极端条件下的行为，这些条件类似于大爆炸后的行为。 这篇论文发表在《物理学报告》（Physics Reports）杂志上，由物理学家胡安·M（Juan M.）署名。 来自巴塞罗那大学宇宙科学研究所 （ICCUB） 的 Torres-Rincón，Santosh K. 来自印度果阿理工学院（印度）的 Das，以及Ralf Rapp，来自德克萨斯 A&M 大学（美国）。 作者发表了一篇全面的综述，探讨了包含重夸克（称为魅力和底部强子）的粒子如何在称为强子物质的高温、致密环境中相互作用。 这种环境是在原子核高能碰撞的最后阶段创建的，例如发生在大型强子对撞机 （LHC） 和相对论重离子对撞机 （RHIC） 的碰撞。 这项新研究强调了在模拟中包括强子相互作用，以准确解释这些大型科学基础设施的实验数据。 这项研究拓宽了对物质在极端条件下行为方式的视角，并有助于解决关于宇宙起源的一些重大未知数。 再现原始宇宙 当两个原子核以接近光速碰撞时，它们产生的温度比太阳中心的温度高 1,000 倍以上。 这些碰撞会短暂地产生一种称为夸克-胶子等离子体 （QGP） 的物质状态，这是在大爆炸后几微秒内存在的基本粒子汤。 当等离子体冷却时，它会转化为强子物质，强子物质是由质子和中子等粒子以及其他重子和介子组成的相。 该研究的重点是重口味强子（包含魅力夸克或背景夸克的粒子，例如 D 和 B 介子）在此转变和强子阶段会发生什么扩展。 重粒子作为探针 重夸克就像微型传感器。 由于质量如此之大，它们是在最初的核碰撞后产生的，并且移动得更慢，因此与周围物质的相互作用不同。 了解它们如何散射和传播是了解它们所经过的介质特性的关键。 研究人员审查了广泛的理论模型和实验数据，以了解强子的重量、例如 D 和 B 介子，与强子相中的光粒子相互作用。 他们还研究了这些相互作用如何影响可观测量，例如粒子通量和动量损失。 “要真正了解我们在实验中看到的内容，观察重粒子在这些核碰撞的后期阶段如何移动和相互作用也至关重要，”Juan M 说。 Torres-Rincón，量子物理学和天体物理学系以及 ICCUB 的成员。 “这个阶段，当系统已经冷却下来时，在粒子如何失去能量和一起流动方面仍然起着重要作用。 还需要在向夸克-胶子等离子体的过渡点解决这些重系统的微观和传输特性，“他继续说道。 “这是达到当前实验和模拟所要求的精度程度的唯一方法。” 一个简单的类比可以用来更好地理解这些结果：当我们把一个重球扔进去一个拥挤的游泳池，即使在最大的波浪消散后，球仍继续移动并与人相撞。 同样，核碰撞中产生的重粒子会继续与周围的其他粒子相互作用，即使在最热和最混乱的阶段之后也是如此。 这些连续的相互作用巧妙地改变了粒子的运动，研究这些变化有助于科学家更好地了解早期宇宙的状况。 因此，忽略此阶段意味着缺少故事的重要组成部分。 展望未来 了解重粒子在热物质中的行为对于绘制早期宇宙的特性和支配宇宙的基本力量至关重要。 这些发现还为未来较低能量的实验铺平了道路，例如在欧洲核子研究中心的超级质子超级同步加速器 （SPS） 和未来位于德国达姆施塔特的 FAIR 设施进行的实验。