质子-原子核碰撞为“夸克胶子等离子体”提供线索

   日期:2020-06-30     浏览:8    评论:0    
核心提示:质子-原子核碰撞为“夸克胶子等离子体”提供线索莱斯大学的左起周敦明(孔)土、卫立。(来源:陈在欧洲大型强子对撞机(LHC)工作的莱

质子-原子核碰撞为“夸克胶子等离子体”提供线索
莱斯大学的

左起周敦明(孔)土、卫立。(来源:陈
在欧洲大型强子对撞机(LHC)工作的莱斯大学物理学家们的发现,为研究一种称为“夸克胶子等离子体”的奇异物质状态提供了新的视角。这种物质状态是在质子和中子熔化时发生的。


作为地球上最强大的粒子加速器,LHC能够以接近光速的速度撞击原子核。这些碰撞释放出的能量是巨大的,使物理学家能够重现宇宙早期的高温、稠密的状态。夸克胶子等离子体(QGP)是质子和中子在接近数万亿开尔文的温度下熔化时形成的高能粒子汤。

在最近的一篇论文在物理评论快报书面代表超过2000名科学家在LHC的紧凑型μ介子电磁(CMS)实验中,大米物理学家魏利和Zhoudunming(香港)图提出了一种新的方法研究QGP的磁性特征称为“手性磁场效应”(CME)。他们的方法是利用质子和铅原子核之间的碰撞。CME是一种由量子力学引起的电磁现象,也与所谓的物质拓扑相态有关。自2016年获得诺贝尔物理学奖以来,凝聚态物理领域引起了越来越多的世界关注。

“寻找手性磁效应的证据,以及热QGP物质的拓扑相,是高能核物理领域一段时间以来的主要目标,”李说。“虽然早期的发现表明了CME的存在,但仍不确定,主要是因为其他背景过程难以控制和量化。”

QGP最早于2000年在纽约的相对论重离子对撞机产生,之后在2010年在大型强子对撞机产生。在那些实验中,物理学家们将两个快速移动的铅原子核撞在一起,每个铅原子核都含有82个质子和126个中子,这是构成所有原子核的两个基本元素。因为在这些碰撞中融化的质子都带着正电荷,所以这些实验中的QGPs包含了非常强的磁场,据估计,其强度大约是有史以来实验室中最强磁场的1万亿倍。

手性磁效应是量子力学与量子gp极端物理条件相结合而产生的一种非对称电磁效应。经典电动力学定律将禁止这种状态的存在,事实上,李对新实验的灵感来自于用经典的术语来思考这个问题。

 

李说:“我在教一门经典电动力学的本科课程时,遇到了一个问题,这让我受到了启发。”

两年前,李发现,在大型强子对撞机上,一个铅核和一个质子的正面碰撞产生了少量的粒子,这些粒子表现得像液体一样。经过进一步分析,他和他在CMS的同事们发现这些碰撞产生了少量的QGP。

在2015年大米新闻报道发现,大米校友也林肯,费米实验室的粒子物理学家和物理学的沟通者,写道,“这个结果令人惊讶,因为当质子的原子核,它打一个洞通过细胞核,喜欢射击步枪一个西瓜(而不是两个铅原子核碰撞,就像两个西瓜)。”

李说:“质子-铅碰撞产生的QGP液滴的一个不寻常之处在于它们的磁场结构。QGP是在初始铅核的中心附近形成的,这就很容易看出磁场的强度与铅-铅碰撞产生的QGP相比是相当微不足道的。因此,质子和铅的碰撞为我们提供了一种方法,可以很好地控制QGP中的磁场和CME信号。”

在这篇新论文中,Li, Tu和他们的CMS同事展示了来自质子-铅碰撞数据的证据,这些数据有助于阐明铅-铅QGPs手性磁效应导致的电磁行为。

李说,在得出最终结论之前,还需要制定更多的细节,但他说,这些结果预示着未来在LHC上发现QGP的好兆头。

李说:“这只是质子-原子核对撞为寻找量子gp的奇异拓扑相开辟的新途径的第一步。”“我们正在努力积累更多数据,并进行一系列新的研究。希望在未来几年,我们能看到手性磁效应的第一个直接证据。”

 
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