一個研究團隊在理解宇宙中一些最重粒子在類似于大爆炸后瞬間存在的極端條件下的行為方面取得了進展。

發表在《物理報告》上的一項研究，為我們宇宙形成的基本力以及至今仍在引導其演化的基本力提供了新的見解。

這項研究由來自巴塞羅那大學、印度理工學院和德克薩斯農工大學的國際團隊共同進行，重點關注含有重夸克的粒子。重夸克是宇宙中現存一些質量最大粒子的基本構成單元。

這些被稱為粲強子和底強子的粒子，為我們理解在地球上幾乎不可能自然重現的條件下物質的行為提供了獨特的窗口。

為了研究這些極端條件，科學家們利用大型強子對撞機 (LHC) 和相對論重離子對撞機 (RHIC) 等大型粒子加速器，將原子核以接近光速的速度對撞。

這些碰撞產生的溫度比太陽中心還要高出 1000 倍以上，短暫地創造出一種名為“夸克-膠子等離子體”的物質狀態。這是一種基本粒子的“濃湯”，存在于大爆炸后微秒之間。

當這種極其熾熱的等離子體冷卻時，它會轉變為強子物質。這個相態由我們熟悉的粒子（如質子和中子）以及被稱為重子和介子的其他奇異粒子組成。理解這種轉變有助于科學家們拼湊出物質在早期宇宙中是如何從一團混沌的基本粒子“濃湯”演變成我們今天所見的有結構物質的。

重夸克在這些極端環境中就像微小的傳感器。因為它們質量巨大，所以運動速度比輕粒子慢，并且與周圍環境的相互作用方式也不同。這使得它們成為探測其所穿過的熾熱、稠密物質性質的理想探針。

可以想象一下將一個沉重的球扔進擁擠的游泳池。即使在最初的飛濺和最大的波浪平息之后，球仍然會繼續碰撞游泳者并在水中穿行。類似地，在核碰撞中產生的重粒子，即使在最熾熱、最混亂的階段過去之后，也會繼續與周圍的其他粒子相互作用。

先前的研究主要集中在最初極其熾熱的夸克-膠子等離子體階段。然而，這項新研究表明，隨后的冷卻階段 —— 即系統轉變為強子物質的階段 —— 在決定粒子行為以及科學家在實驗中能觀察到什么方面起著至關重要的作用。

研究人員研究了在此轉變期間，重強子（特別是 D 介子和 B 介子，即含有粲夸克和底夸克的粒子）如何與更輕的粒子相互作用。

這些相互作用會影響可觀測的量，如粒子流模式和能量損失，從而為極端條件下物質的基本性質提供了寶貴的數據。

巴塞羅那大學的胡安·M·托雷斯-林孔 (Juan M. Torres-Rincón) 表示：“在該階段，系統已經冷卻，但仍在影響粒子如何損失能量和集體流動。忽視這個階段就意味著遺漏了拼圖中關鍵的一塊。”

理解重粒子在熾熱物質中的行為，對于描繪早期宇宙的性質及其支配基本力的圖景至關重要。這些發現也為未來的低能實驗奠定了基礎，包括歐洲核子研究中心 (CERN) 超級質子同步加速器 (SPS) 的規劃研究以及即將在德國建成的反質子與離子研究裝置 (FAIR) 上的實驗。

這項研究有助于解答關于我們的宇宙如何從最初時刻演變成我們今天所觀察到的復雜宇宙的基本問題。

通過研究物質在可能的最極端條件下的表現，科學家們正不斷揭開我們起源之謎以及塑造現實本身的各種力量的奧秘。

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