當前消息！安慰的量子：解決核物質中夸克和膠子的數學難題

【資料圖】

夸克-膠子等離子體（紅色、綠色和藍色小圓圈）的卡通圖，由兩個重核（白色圓圈）之間的相對論重離子碰撞產生。碰撞產生一個重夸克（紅色“Q”）和一個重夸克-反夸克對（綠色“QO”）。圖片來源：圖片由 Bruno Scheihing-Hitschfeld 和 Xiaojun Yao 提供

科學家們在研究夸克和膠子（構成原子核的粒子）的性質方面邁出了重要一步，他們用一種被稱為“軸向規范”的理論計算方法解決了一個長期存在的問題。麻省理工學院和華盛頓大學的研究人員發現，該方法錯誤地暗示了夸克-膠子等離子體的兩個特性是相同的。他們還對膠子分布測量進行了預測，并將在未來的電子離子對撞機實驗中進行測試。

科學

原子核的組成部分是質子和中子，它們本身由更基本的粒子：夸克和膠子構成。這些粒子通過“強”力相互作用，“強”力是自然界的四種基本力之一。它們構成了每個原子中心的原子核。它們還構成了具有奇異特性的熱或致密核物質。科學家們在相對論重離子碰撞實驗中研究冷熱核物質的特性，并將使用未來的電子離子對撞機繼續這樣做。最終目標是了解復雜形式的物質是如何從受強力影響的基本粒子中產生的。

影響

涉及強力的理論計算很復雜。這種復雜性的一個方面是因為有許多方法可以執行這些計算。科學家將其中一些稱為“標準選擇”。對于可在實驗中測量的任何量的計算，所有量規選擇都應產生相同的結果。然而，一種稱為“軸規”的特殊選擇多年來一直困擾著科學家，因為做出這種選擇后很難獲得一致的結果。最近的這項研究解決了這個難題，并為可靠計算可在當前和未來實驗中測試的冷熱核物質特性鋪平了道路。

概括

物理學家在相對論重離子碰撞中研究的奇異形式的核物質稱為夸克-膠子等離子體 (QGP)。這種物質形式存在于早期宇宙中。物理學家在重離子碰撞實驗中通過重現大爆炸后最后幾微秒出現的極高溫度來探索它的特性。通過分析碰撞的實驗數據并將其與理論計算進行比較，物理學家可以確定 QGP 的各種特性。使用一種稱為“軸向規范”的計算方法以前似乎暗示描述重夸克如何穿過 QGP 的兩個 QGP 屬性是相同的。

麻省理工學院和華盛頓大學的研究人員現在發現這種暗示是不正確的。該研究還仔細分析了何時可以使用軸向量規的微妙條件，并解釋了為什么這兩種特性不同。最后，它表明兩種不同的測量膠子如何在原子核內分布的方法必須產生不同的結果。膠子是攜帶強力的粒子，這一預測將在未來的電子離子對撞機上得到檢驗。

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