宇宙大爆炸謎題：神秘液體是如何變成萬物的？
關於宇宙如何起源的主要理論是大爆炸，140億年前宇宙以奇點的形式存在，一個一維的點，包含大量的基本粒子。極高的熱量和能量導致它膨脹，然後膨脹到我們所知的宇宙中，這種膨脹一直持續到今天。大爆炸最初結果是一種熾熱而充滿能量的液體，它只存在了幾微秒，大約是100億華氏度(55億攝氏度)。這種液體所含的物質不亞於一切物質的基本成分。當宇宙冷卻時，粒子衰變或結合產生一切。夸克膠子等離子體(QGP)是這種神秘物質的名字，之所以這麼叫是因為它是由夸克(基本粒子)和膠子組成，物理學家羅西·j·里德(Rosi J. Reed)把膠子描述為「夸克用來相互交談的東西」。
博科園-科學科普：里德是利哈伊大學物理系的一名助理教授，他研究領域包括實驗高能物理學。因此，它們以接近光速的速度碰撞重離子(如黃金)，創造出比太陽內部溫度高10萬倍的環境，從而重新創造了環境。這次碰撞模擬了大爆炸後夸克膠子等離子體變成物質的過程，但卻是相反的：熱量融化了離子的質子和中子，釋放出隱藏在其中的夸克和膠子。目前世界上只有兩種可運行的加速器能夠碰撞重離子，而美國只有一種：布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC)。Reed是STAR合作項目的一部分，這是一個由科學家和工程師組成的國際團隊，他們在RHIC (STAR)的螺線管跟蹤器上進行實驗。恆星探測器質量很大，實際上是由許多探測器組成。
一個新的視角恆星探測器在RHIC，通過水晶球折射攝影。這張照片曾入圍2018年布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory) Photowalk項目的決賽。圖片：Joe Caggiano
如同房子一樣大，重達1200噸，STAR的專長是追蹤每一次離子碰撞在RHIC產生的數千個粒子，以尋找夸克膠子等離子體的特徵。在進行實驗時，可以改變兩個『旋鈕』：一個是黃金對黃金，一個是質子對質子，還有碰撞能量，可以用不同的方式加速離子，以達到不同的能量質量比。利用不同的探測器，研究小組以不同的碰撞能量碰撞離子，目標是繪製夸克膠子等離子體的相圖，即在不同的壓力和溫度條件下，材料發生變化時的相變點。繪製夸克-膠子等離子體的相圖還可以繪製出核力，也就是我們所知的量子色動力學(QCD)，它是將帶正電荷的質子聚集在一起的力。
離子的中心有一堆質子和中子，它們帶正電荷，應該相互排斥，但有一種『強大的力量』把它們聚在一起?」強大到足以克服它們分裂的傾向。理解夸克膠子等離子體的相圖，以及等離子體和正常物質之間相變的位置和存在，是至關重要的。這是一個獨特的機會，讓我們了解自然界的四種基本力量之一是如何在溫度和能量密度類似於大爆炸後幾微秒的情況下運作。升級RHIC探測器，更好地繪製「強力」圖。STAR團隊使用光束能量掃描(BES)進行相變映射。在項目的第一部分，即所謂的bis - i中，團隊收集了具有「有趣結果」的可觀察證據。Reed於2018年10月在夏威夷舉行的APS核物理學部和日本物理學會第五次聯席會議上發表了這一研究成果
這張照片是布魯克海文國家實驗室2018年拍攝的照片。圖片：Steven Schreiber
會議的主題是「在RHIC用能量和物種掃描測試夸克膠子等離子體極限」。然而，有限的統計數據、接受度和較差的事件平面解析度不允許對發現作出確定的結論。項目的第二階段，即所謂的bs - ii，正在向前推進，包括Reed與STAR團隊成員正在進行的改進:事件計劃檢測器的升級。合作者包括布魯克海文和俄亥俄州立大學的科學家。
STAR團隊計劃在2019年和2020年繼續進行實驗並收集數據，使用新的事件計劃檢測器。新探測器被設計用來精確定位碰撞發生的位置，並將有助於描述碰撞的特徵，特別是碰撞的「正面」程度。這也將有助於提高所有其他探測器的測量能力，STAR合作計劃於2019年3月在RHIC進行下一個實驗。
博科園-科學科普｜來自：利哈伊大學
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