LHC揭秘夸克禁闭之谜

LHC揭秘夸克禁闭之谜

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网易

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来源

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https://www.163.com/dy/article/JDILB7PO0553Y0XV.html

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https://www.sohu.com/a/758583642_348129

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http://sci-chat.com/arxiv/z20250103.html

2024年，欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）再次传来振奋人心的消息：通过高精度的飞秒显微术，科学家们在夸克禁闭研究中取得了突破性进展。这一发现不仅深化了我们对强相互作用的理解，更为揭示宇宙早期状态提供了重要线索。

夸克禁闭是量子色动力学（QCD）的核心概念之一。在自然界中，夸克无法以自由状态单独存在，而是被强相互作用力限制在强子（如质子和中子）内部。这种现象被称为“夸克禁闭”。

当试图将夸克分离时，所需的能量会急剧上升，最终导致新夸克-反夸克对的产生，而不是使原有夸克完全分开。因此，在实验中只能观测到束缚态的夸克组合——强子，而无法直接观察到孤立的夸克。

LHC是目前世界上最大、最强大的粒子加速器，它通过将质子加速到接近光速并进行对撞，创造出极端高温和高密度的环境，从而模拟宇宙大爆炸初期的条件。这种极端条件可以暂时“解除”夸克的禁闭状态，使其形成一种被称为夸克-胶子等离子体（QGP）的特殊物质形态。

通过分析对撞产生的粒子，科学家们已经发现了QGP存在的多个间接证据：

1. J/ψ粒子产额的压低：在CERN SPS核核碰撞中观察到的现象，表明高温环境对重夸克束缚态的影响。

2. 奇异性产额的增强：在QGP形成后，能量大于形成ss¯夸克对的阈值，与uu¯, dd¯夸克对一同大量产生，使奇异粒子如K, Λ产额提高。

3. 喷注淬火现象：在RHIC上观测到大横动量强子产额的压低，表明高能粒子在通过QGP时能量损失显著。

最近，LHC的ALICE实验合作组在三体系统研究中取得了重要进展。通过分析氘核（由一个质子和一个中子组成的核）与K介子或质子之间的相关性，研究团队发现这些粒子产生的相对距离约为2飞米（fm），这一发现为理解强相互作用的短程部分提供了新的视角。

为了进一步探索夸克禁闭的奥秘，LHC正在进行重大升级。升级后的LHC将能够达到更高的能量和精度，从而更深入地研究QCD相变和核物质结构。这些研究不仅有助于我们理解宇宙早期状态，还可能为未来的粒子物理学研究开辟新的方向。

夸克禁闭是现代物理学中最深奥的谜题之一。通过LHC的持续研究，我们正逐步揭开这一神秘现象的面纱。随着实验技术和理论模型的不断发展，未来必将带来更多令人振奋的发现。