使用世界上最强大的三个粒子加速器来揭示夸克物质的时空几何

　　来自E?tv?s Loránd大学(ELTE)的物理学家一直在利用世界上三个最强大的粒子加速器对构成原子核的物质进行研究。他们的重点是绘制在宇宙诞生后百万分之一秒内充满宇宙的“原始汤”。

　　有趣的是，他们的测量结果表明，观测到的粒子的运动与海洋捕食者寻找猎物、气候变化的模式和股票市场的波动有相似之处。

　　在大爆炸后不久，温度非常极端，以至于原子核不存在，原子核的组成部分核子也不存在。因此，在第一个例子中，宇宙充满了夸克和胶子的“原始汤”。

　　随着宇宙的冷却，这种介质经历了“冻结”，导致了我们今天所知道的粒子的形成，比如质子和中子。在粒子加速器实验中，这种现象在一个小得多的尺度上被复制，两个原子核之间的碰撞会产生微小的夸克物质液滴。这些液滴最终会通过冻结转变为普通物质，这是进行这些实验的研究人员所知道的转变。

　　然而，由于粒子加速器中的碰撞能量导致的压力和温度的差异，夸克物质的性质会发生变化。这种变化需要在不同能量的粒子加速器、美国的相对论重离子对撞机(RHIC)或瑞士的超级质子同步加速器(SPS)和大型强子对撞机(LHC)中“扫描”物质。

　　“这方面非常重要，因此世界各地都在建造新的加速器，例如在德国或日本，专门用于此类实验。也许最重要的问题是相之间的转变是如何发生的:一个临界点可能会出现在相图上，”E?tv?s Loránd大学(ELTE)原子物理系的物理学教授Máté Csanád解释说。

　　这项研究的长期目标是加深我们对控制夸克物质和原子核相互作用的强相互作用的理解。我们目前在这一领域的知识水平可以比作人类在沃尔特、麦克斯韦或法拉第时代对电的掌握。

　　虽然他们有基本方程的概念，但这需要一个co从电灯泡到电视、电话、电脑和互联网，大量的实验和理论工作开发了深刻改变日常生活的技术。同样，我们对强相互作用的理解仍处于萌芽阶段，对其进行探索和绘制的研究至关重要创造。

　　ELTE的研究人员参与了上面提到的每一个加速器的实验，他们在过去几年的工作已经导致了夸克物质几何结构的全面图景。他们通过应用飞镜技术实现了这一目标。这项技术利用了产生的粒子的非经典、量子波性质所产生的相关性，最终揭示了介质的飞米尺度结构，即粒子发射源。

　　“在过去的几十年里，飞镜是在假设夸克物质遵循正态分布的基础上进行的，也就是说，在自然界的许多地方都可以发现高斯形状，”Márton Nagy解释说，他是该小组的主要研究人员之一。然而，匈牙利的研究人员把lsamvy过程作为一个更普遍的框架，它在各种科学学科中也很常见，它很好地描述了海洋捕食者寻找猎物，股票市场过程，甚至气候变化。

　　这些过程的一个显著特征是，在某些时刻，它们会经历非常大的变化(例如，当一条鲨鱼在一个新的区域寻找食物时)，在这种情况下，会出现lsamvy分布，而不是正态(高斯)分布。

　　这项研究有几个重要的原因。首先，研究最多的夸克物质的特征之一，即它向常规(强子)物质的转变，是飞镜半径(也称为hbt -半径，注意到它与天文学中著名的Hanbury Brown和Twiss效应的关系)，它是从飞镜测量中得出的。然而，这个比例取决于假定的介质几何形状。

　　研究小组的博士后研究员Dániel Kincses总结道:“如果高斯假设不是最优的，那么这些研究中最准确的结果只能在lsamvy假设下获得。表征lsamvy分布的“lsamvy指数”的值也可能揭示相变的本质。因此，它随碰撞能量的变化为了解夸克物质的不同阶段提供了宝贵的见解。”

　　ELTE的研究人员正在积极参与四个实验:SPS加速器的NA61/SHINE, RHIC的PHENIX和STAR以及LHC的CMS。ELTE的NA61/SHINE小组由Yoshikazu Nagai领导，CMS小组由Gabriella Pásztor;以及协调ELTE飞镜研究的Máté Csanád的RHIC小组。

　　这些小组正在为各种能力的实验的成功作出重大贡献，从探测器的开发到数据的获取和分析。他们还从事许多项目和理论研究。“我们的飞镜研究的独特之处在于，它是在三个粒子加速器的四个实验中进行的，这让我们对夸克物质的几何形状和可能的阶段有了一个广泛的了解，”Máté Csanád说。

　　该团队在2023年11月6日至10日举行的粒子相关性和飞镜研讨会上发表了他们的最新发现。作为大规模合作的一部分，他们还在《欧洲物理杂志C》、《物理快报B》和《宇宙》上发表了相关研究。