氧-氧和氖-氖碰撞實驗為科學家深入理解夸克-膠子等離子體(QGP)提供了新視角,并證實了氖核的不對稱形狀。原子核碰撞是研究QGP這一特殊物質狀態的關鍵手段,QGP重現了宇宙誕生之初幾微秒內由自由粒子組成的致密、熾熱等離子體狀態。
此前,大型強子對撞機(LHC)的QGP研究主要依賴重離子(氙或鉛)碰撞,以產生盡可能大的等離子體液滴。今年夏天,LHC首次進行了輕原子核——氧和氖的碰撞實驗。為此,科學家重新配置了這臺通常充滿質子束的27公里粒子加速器。
在初始階段會議上,ALICE、ATLAS、CMS和LHCb實驗展示了六天內記錄的新數據的首批分析結果??茖W家們專注于測量QGP液滴膨脹和冷卻過程中粒子膨脹角度和方向的細微模式,這些參數及其變化反映了核碰撞區的扭曲情況。
利用流體動力學原理,科學家們能夠研究QGP的性質以及碰撞原子核的幾何形狀。物理和數學模型使研究人員能夠更精確地研究氧-氧和氖-氖碰撞中的粒子“流動”模式。ALICE合作項目以及ATLAS和CMS實驗在氧-氧和氖-氖碰撞中均測量到了顯著的橢圓形和三角形流動,這些流動很大程度上取決于原子核的碰撞方式。
研究結果證實,氧-氧和氖-氖碰撞中的流動參數由原子核的幾何形狀決定,進一步證明了氖原子核的碗狀結構,并顯示了LHC各種碰撞系統中流體動力學流動的精確性。輕離子碰撞為QGP研究開啟了新篇章,科學家得以獲取關于形成QGP所需最小原子核尺寸的重要數據。
此外,LHCb合作組公布的結果證實了氖核的保齡球瓶形狀,這些數據是在固定靶加速器裝置中利用SMOG儀器在2024年記錄的鉛-氬和鉛-氖碰撞數據中獲得的。
歐洲核子研究中心研究與計算主任約阿希姆·姆尼奇表示,這些結果為了解原子核的結構以及大爆炸后物質的形成方式提供了新的見解。