宇宙之美
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原始汤

作为复合粒子的重子升温至高于1万亿度时呈热汤形态。此时,夸克、反夸克和胶子在不断湮灭与物质化的沸腾中剧烈振动。

宇宙在暴胀时期后膨胀率变得大为温和,趋同于此后数十亿年间的膨胀速度。宇宙温度随之下降,但只要超过1万亿度,重子即呈现物理学家所称的“夸克-胶子等离子体”形态。

这种所谓的重子物质(与暗物质相对)由标准模型的基本粒子(夸克和反夸克)在强力作用下构成,载体为胶子。一般而言,夸克永远“禁闭”于稳定粒子(如质子或中子)或不稳定粒子(如介子)中。但是,温度极高的原始汤引起的剧烈热振动使粒子挣脱了强力的束缚:夸克、反夸克和胶子不再受到禁闭,可自由移动。

“原始汤”这一夸克-胶子等离子体引起粒子物理学家的关注。他们通过分析常见的电子脱离原子条件(如火焰、闪电)下的等离子体,以类比法为原始汤定性。事实上,当两个大质量原子核(比如铅)对撞时可产生夸克-胶子等离子体。大型离子对撞机实验(ALICE)是LHC的实验之一,目标正是收集加速至相对论性速度下重核相撞的数据。夸克-胶子等离子体是粒子对撞实验产生的转瞬即逝的实验副产品,物理学家通过对其研究,更深刻地了解了重子物质的形成。

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ALICE实验中,计算机模拟两个铅原子核的碰撞。碰撞过程中会产生灰蓝色铅的原子核碎片与黄色微粒。

大爆炸后10-9

-138亿年