当两个铅原子核在大型强子对撞机(LHC)内以接近光速迎面撞击,瞬间产生的能量足以融化核物质,释放出夸克和胶子——一种宇宙大爆炸之初才存在过的炽热“粒子汤”。就在这片短暂重现的极端高温高密度流体里,物理学家终于捕捉到了理论预言了二十余年的微妙现象:扩散尾流。
这相当于在一锅沸腾的夸克-胶子等离子体中,高速喷流射出后留下的“余波”。理论早已描述:粒子穿过等离子体会损耗能量和动量,在后方形成类似船舶航行时推开的尾流。但过去二十年,多个实验团队试图用传统方案抓住它,却一次次扑空。传统的做法是去寻找同时产生喷流和Z玻色子的事例,然后用Z玻色子作为“标尺”来反推喷流损失。可惜这种场景下,尾流信号实在太弱,像在嘈杂的集市里辨听一根针落地的声音——它总是被喷流本身的辐射和其他复杂效应完全淹没,统计置信度始终达不到发现标准。
这一次,伊利诺伊大学芝加哥分校的团队换了个更聪明的路子。他们不再纠缠Z玻色子,而是盯上了“双喷流事件”:让两个铅核对撞,恰好产生两束方向大致相反的粒子喷流。这种事件结构天然提供了一个极其干净的参考系——一束喷流穿过等离子体,另一束则几乎不受干扰,尾流信号在后者的参照下突然变得容易剥离。研究人员便利用这一前后对比,从多年的对撞数据里,终于筛出了那个躲藏二十年的痕迹。
观测到的特征与理论预言高度吻合:在喷流运动方向的后方,粒子的数目明显减少,尤其是在较低动量区间,这恰是扩散尾流应有的“疏落”形状。更令人信服的是,当铅-铅碰撞越靠近中心、产生的等离子体团块越大时,尾流信号就越清晰——这完全符合预期的介质响应。团队在《物理评论快报》上发表的论文明确指出,这一信号是在更中心化的碰撞中被正式确认的。
“观测并量化夸克-胶子等离子体中的扩散尾流,为精确研究这种物质的性质和动力学打开了新的大门,也将为理解早期宇宙的演化提供新的线索。”研究团队负责人拉古纳特·普拉丹说。另一位负责人奥尔加·叶夫多基莫娃则感慨,这是数十年来寻找尾流努力的最终成果,理论早在20多年前就预言了,但实验上一直难以实现。如今,物理学家终于有了一个能直接触碰原始物质“纹理”的工具,下一步将是利用尾流更精细地反推早期宇宙极短瞬间的粘滞性、输运系数等关键参数,拼凑出一个更完整的宇宙婴儿时期图景。
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