世界上速度最快的漩渦模擬了宇宙大爆炸

比龍捲風要快的多，比在木星上旋轉的巨大風暴要快得多——這是世界上速度最快的渦旋，科學家們在一種原始的膠子粒子湯里創造了這一漩渦，這是為了重新創造大爆炸（模擬）。

旋轉的粒子湯以驚人的速度旋轉——比最接近的競爭者快很多倍。

然而要指望這種快速旋轉的流體很快就會出現，因為渦旋發生在一種叫做夸克膠子等離子體的物質中，這種物質如此之小，以至於這種旋轉的信號只能通過它產生的粒子來檢測。

在布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機中產生的夸克-膠子等離子體。圖片：Brookhaven National Laboratory

俄亥俄州立大學的物理學家邁克爾·麗莎(Michael Lisa)說我們看不出夸克膠子等離子體，這是一個原子核的規模，他在相對論重離子對撞機(RHIC)的協作下工作產生了新的結果。

熱的湯

在大爆炸之後，一種叫做夸克和膠子的基本粒子的熱原始混合物瀰漫在嬰兒的宇宙中。這些基本粒子是質子和中子等已知粒子的組成部分。這種夸克膠子等離子體有幾個獨特的特性。首先，在燃燒的7兆到10萬億華氏度(3.9萬億到5.6萬億攝氏度)，這是最熱門的流體。它也是最緻密的流體，「近乎完美」，因為它幾乎沒有摩擦，這意味著它很容易流動。

為了準確地了解大爆炸後那些時刻發生的事情，科學家們在紐約厄普頓的布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)，在RHIC的一個原子加速器中重新創造了這種原始的粒子湯。RHIC以接近光速的速度將金原子的原子核撞擊在一起，然後用超靈敏的探測器來測量從碰撞中飛出的粒子。

旋轉流體

在這項新的研究中研究小組分析了夸克-膠子等離子體的渦度——本質上是測量它的角動量，或者用通俗的術語來說，它旋轉的速度有多快。

當然他們有一個獨特的障礙:RHIC能生產只是一個很小的數量的材料，這生命非常短暫地約10 ^ - 23秒。所以在傳統意義上沒有辦法「觀察」這種液體。

Lisa告訴Live Science，科學家們正在尋找它旋轉的信號，根據湯里發出的粒子，平均而言旋轉流體內部的粒子應該有與流體的角動量大致相同的旋轉。通過測量從他們預期的路徑中產生的這種旋轉湯的粒子數，研究小組可以計算出流體的渦旋度的粗略估計，這大致測量了當地的旋轉運動。

特別的是被稱為「重子」的粒子比其他粒子的衰變速度要慢得多，比如質子和中子，這意味著在它們消失之前，RHIC探測器可以更容易地追蹤它們的路徑。

事實證明夸克-膠子等離子體的渦旋使得在龍捲風中旋轉的運動看起來像是公園裡的平靜的一天。這種渦旋的速度是有史以來最快的——比木星的大紅斑一場旋渦的氣體風暴要快得多。研究人員在8月2日的《自然》雜誌上報道說，它的速度也比之前的紀錄保持者（一種超冷的氦納米微粒）要快得多。

研究人員說了解等離子體中流體流動的結構可以揭示出強大的核力，它將原子結合在一起。一些相互競爭的粒子理論對渦旋的預測進行了預測，最終可能與這些實驗結果進行比較。然而科學家們目前仍然對等離子體的旋轉特性知之甚少，無法得出明確的結論。

作者：Tia Ghose

來自：Live Science

編譯：光量子

審校：博科園

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