物理学家在模拟“宇宙大爆炸”的实验中发现违背理论预期的实验结果

2013年7月6日星期六

物理学家在模拟“宇宙大爆炸”的实验中发现违背理论预期的实验结果

◎莫弘毅

【新生11月17日讯】据美国罗切斯特(Rochester)大学新闻中心11月12日消息，科学家用在位于纽约长岛布鲁克海文国家实验室的相对论重粒子对撞机获得据称是自宇宙大爆炸以来的宇宙最高温度，但是科学家们发现在这一高温条件下得到的实验结果与他们预期的不同，这一研究结果已经发表在最近一期的《物理评论快报》（Physical Review Letters) 上。科学家们原以为对这种极端高温高密度条件下的能量、物质和强相互作用力已经了解得相当透彻，但是这一耗时长久的研究却显示物理学家们在他们的宇宙模型中遗漏了某些重要的因素。

虽然实验结果出乎意料，科学家们却很高兴。“在科学中，正是意料之外的事情告诉你一些东西，”论文的作者之一、罗切斯特大学副教授斯蒂文·曼利(Steven Manly)说，“高温高密度物质相互作用的基本性质或者至少是其表现出来的特性，随着观测的角度而变化。我们不知道为什么。我们刚刚得到了这个拼图游戏中的一些新的部件，现在我们正在想法把他们放到拼图中去。”

在相对论重粒子对撞机上，曼利和他的同事们进行的福波斯（PHOBOS）实验的目的在于探索核子之间的强相互作用力。他们把两个速度接近光速的金原子打在一起以产生所谓的“夸克胶子等离子体”，一种高温高密度的寿命短暂的物质形态，其温度是我们所知最热星球核心温度的一万倍以上。粒子在这种高温的“等离子体汤”中射出过程中会与其它粒子发生碰撞。这种条件下粒子之间相互作用的一些性质可以从观测射出的粒子来推测。

为了简化实验观测，研究人员故意将对撞的两束圆形的金原子团稍微偏离中心以造成对撞区域截面呈橄榄球状，所以对撞后从“橄榄球”尖端射出的粒子要比从橄榄球腰部射出的粒子在“等离子体汤”中所走的距离要长。比较从两个方向射出粒子的数目可以揭示这种高温“夸克胶子等离子体”的一些特性和核子之间强相互作用的一些性质。

但是实验结果却出乎理论的预期。在金原子束碰撞点，粒子从“橄榄球”尖端逃出需要的时间的确比从腰部逃出需要的时间要长。但是离开对撞点一段距离后，这种差别却神秘地消失了。这一结果与物理学中的增速不变性(boost invariance)原理相矛盾。

“我们在石溪(Stony Brook)召开的一次会议中第一次报告我们的实验结果时，听众不能相信我们。”曼利谈到，“他们说，‘这不可能。你们违反了增速不变性原理。’但是我们用了一年多时间对我们的实验结果作了细致的检查，证明它是可靠的。”

“了解这种碰撞动力学对我们试图从中获得的信息非常重要，”曼利说，“也许我们已经有了一个确实的证据表明一些基本原理不同于我们原有的认识–只能说对这些原理我们现在还不了解。”

现代科学虽然在一些领域取得了重要的进展, 特别是在20世纪末很多科技成果已经进入人们日常生活的方方面面, 然而现在越来越多的科学家们也逐步认识到,在宏观上涉及到宇宙大尺度和极微观下物质的相互作用,现代科学对许多问题显得无能为力, 距离对生命、物质本原的了解还相差甚远, 对宇宙、生命的解释更是难以令人满意。所以深受现代科学熏陶的人, 保持一种开放宽容的心态对待、看待科学还不能认识到的事物尤为可贵。

参考资料

1.http://www.rochester.edu/pr/News/NewsReleases/scitech/manly-quark.html

2. http://ojps.aip.org/getpdf/servlet/GetPDFServlet?filetype=pdf&id=PRLTAO000089000022222301000001&idtype=cvips

（正见网）

发稿：2002年11月17日