用大型強子對撞機能否找到愛因斯坦預言的物質狀態

　　北京時間 9 月 26 日消息，據國外媒體報道，愛因斯坦的狹義相對論曾預測過一種名叫“色玻璃凝聚態”的神秘物質形態。而在長達十年的尋找之后，在大型強子對撞機工作的科學家們終于看到了希望的曙光。

　　大型強子對撞機是全球最大的粒子對撞機，是一個總長 27 公里的環狀結構，位于接近法國與瑞士邊境的地下深處。不過，研究人員并不是通過讓以接近光速運行的粒子相撞來尋找這種神秘物質的。相反，他們的關注點在于當粒子并未相撞、而是近距離擦肩而過時，究竟發生了什么。

　　在標準物理學模型中，宇宙中 98% 的物質都是由一種名叫“膠子”的基本粒子維系在一起的。正是膠子將夸克聯結在一起、構成了質子和中子。而如果將質子加速到接近光速，就會發生一種奇特的現象：質子內部的膠子濃度會急劇升高。在這種情況下，膠子會分裂成一對能量更低的膠子，后者再進一步分裂成另一對膠子，并不斷持續下去。最終，質子內部的膠子分裂會達到一個上限，膠子數量也就不再繼續增加。此時這種狀態就叫“色玻璃凝聚態”：一種可能存在于超高能質子和重原子核中的假想物質狀態。

　　科學家指出，這種凝聚態能夠解釋物理學的許多未解之謎，比如粒子是如何在高能撞擊中形成的、以及物質在粒子內部的分布情況等等。但數十年以來，科學家始終沒能證實它的存在。一直到 2000 年，位于紐約的布魯克海文相對論重離子對撞機才首次發現了色玻璃凝聚態可能存在的跡象。

　　布魯克海文實驗室的研究人員讓剔除了電子的金原子相撞后，在涌出的大量粒子中發現了一種奇怪的信號，顯示這些原子內部的質子中已經擠滿了膠子、正開始形成色玻璃凝聚態。在此之后，科學家又在大型強子對撞機中用重離子開展了進一步碰撞實驗，也取得了類似的結果。然而，如果讓質子在相對論速度下相撞，我們只能短短瞥見一眼質子的內部構造，因為這些亞原子粒子轉瞬間就會發生劇烈爆炸、灰飛煙滅。因此，要想真正探測質子的內部結果，我們必須采用一種更“溫和”的手段。

　　當質子等帶電粒子被加速到高速時，便會產生強大的電磁場，并以光子的形式釋放出能量。這種能量泄漏一度被認為是粒子加速器的副作用，沒有得到人們的重視。不過，物理學家如今已經找到了一些新方法，使我們能夠充分利用這些高能光子的優勢。當質子在加速器中迅速擦肩而過時，釋放出的“光子風暴”可以導致質子與光子相撞，而這種所謂的“超外圍碰撞”正是我們弄清高能粒子內部運作情況的關鍵。科學家解釋道，高能光波擊中質子時，可以在不破壞質子的情況下產生各類粒子。而這些粒子被探測器記錄下來之后，科學家便能夠以從未有過的精度、重現質子的內部結構。

　　一支由多國科學家組成的研究團隊正在利用該方法尋找神秘的色玻璃凝聚態，并于今年 8 月在期刊《歐洲物理學雜志C輯》上發表了初期研究結果。該團隊首次通過間接方式、測量出了四個不同能級上的膠子密度，而在最高一級能級上，他們發現了色玻璃凝聚態正在開始形成的跡象。

　　研究人員表示，這些實驗結果非常令人激動，進一步揭示了質子內部的膠子變化規律，但仍有許多理論問題尚待解答。就目前而言，色玻璃凝聚態的存在仍然是個謎團，還沒有被完全揭開。
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