美加速器创实验室环境下最高温度纪录

一个国际研究小组利用美国相对论重离子对撞加速器（RHIC）,在实验室环境下创造出了超出太阳中心温度25万倍，约达4万亿摄氏度的超高温度。该项研究为模拟宇宙大爆炸后的情形、探索宇宙成因提供了重要线索。
　　科学家们认为，在宇宙大爆炸之后的数十万分之一秒内，宇宙中充满了夸克—胶子等离子体物质（亦称夸克汤）。之后宇宙逐渐冷却，夸克和胶子等逐渐凝缩成为质子和中子，直至创造出了现在形成宇宙的物质，即原子核、原子以及由原子核与原子积聚起来的恒星行星。通过超级计算机的模拟演算，实现夸克—胶子等离子体所需要的温度约为2万亿摄氏度。科学家推测，可通过人为方法制造出使质子和中子熔化形成夸克—胶子等离子体超高温状态。
　　研究小组利用美国布鲁克海文国家实验室的RHIC让接近光速运动的金离子进行对撞，夸克和胶子形成了高温、高密度的零黏性“完全液体”，即为夸克—胶子等离子体。通过计算后，研究人员确认撞击形成的超高温夸克—胶子等离子体“汤”温度达到4万亿摄氏度，这也是到目前为止在实验室中产生的最高温度。
　　撞击初期产生的光粒子，即光子，从高温物质放射出热量，也称为热光子。热光子通过周围的高密度物质向外部均匀释放。其产生量和能量分布反映出撞击初期的温度和其后的时间发展，因此，测定热光子就能够直接测定出撞击后的温度。但是，金离子对撞每次可产生数千个粒子，很多粒子瞬间崩溃成光子，其中噪音光子的产生量约为热光子产生量的10倍，由于没有直接区别噪音光子和热光子的方法，热光子隐藏在噪音光子中，使得测定热光子极为困难。
　　研究小组利用电子和其反粒子正电子的变换，分离出热光子和噪音光子。通过测定电子—正电子对，并根据爱因斯坦著名的质量能量关系公式E=mc2计算出光子转换电子—正电子对的比率，研究小组成功测定出热光子的产生量和能量分布，并将结果同理论预测进行比较，推断出撞击获得的高温物质温度约为4万亿摄氏度，远远超过向夸克—胶子等离子体过渡所需的约2万亿摄氏度。
　　该研究成果使RHIC生成夸克—胶子等离子体的研究更加深入，使测定初期温度、黏性等物质基本属性的结果更为精密。此项研究不仅有助于进一步了解宇宙初生时期的状态，还可解读基本粒子的强相互作用以及描述这一作用的“量子色动力学（QCD）”理论。
　　该研究成果发表在2月15日美国物理学会会议上，并刊载于近期的美国《物理学评论快报》上。