(节选)
北京大学物理学院冒亚军教授在《2008科学发展报告》上发表题为“相对论重离子对撞与夸克胶子等离子体”的文章,对位于美国纽约长岛的布鲁克海文实验室(BNL)的相对论性重离子对撞机(RHIC)及夸克胶子等离子体(QGP)的研究进行了较为详细的介绍。
文章首先简单介绍了夸克胶子等离子体的产生。根据量子色动力学具有的一个重要特性——渐近自由,可以预期当压缩或加热核物质使其处于高温高密状态时,核子之间的壁垒可能被打破,从而产生新的物质形态:夸克胶子等离子体(QGP)。
文章对RHIC的研究进行了概述。RHIC于上世纪90年代初开始建造、2001年开始投入运行。PHENIX与STAR两大国际合作组测量了从d-Au到Au-Au等多种核-核对撞组合、对撞能量从每核子130吉电子伏到200吉电子伏的对撞产物。
接着,文章进一步阐述了RHIC的研究成果。从2001年到2008年近7年时间的研究与分析,结果表明RHIC上的高能重离子碰撞确实产生了如QCD所预言的夸克物质,不同的是该夸克物质中的夸克之间仍然具有很强的相互作用,而不是如原先期望的那样较为自由地运动。此外,RHIC上对中横动量区粒子产物的研究,还发现重子产物的增加、奇异重子的增强以及强椭球流等现象,这些现象也许能通过形成的多夸克体系+多夸克集团系统得到理解。
最后,文章指出了RHIC的重大意义和亟待解决的问题。RHIC提供的相对论重离子对撞,为人类打开了一扇研究夸克胶子等离子体的大门。目前,人们对夸克物质状态还没有足够的认识,问题的解决有待人们在RHIC上物理研究的不断深化以及在将来欧洲核子中心大型强子对撞机(LHC)上的相对论性重离子对撞研究。(摘自中国科学院“科学发展报告”课题组撰写的《2008科学发展报告》)
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