據外媒報道，科學家們報告了解決一個宇宙難題的新線索：夸克膠子等離子體–自然界的完美流體–如何演變成物質。在宇宙大爆炸之後的幾百萬分之一秒，早期宇宙呈現出一種奇怪的新狀態：一種被稱為夸克膠子等離子體的亞原子湯。
而就在15年前，包括來自勞倫斯伯克利國家實驗室相對論核碰撞(RNC)小組的研究人員在內的一個國際團隊發現，這種夸克-膠子等離子體是一種完美的流體–其中夸克和膠子即質子和中子的組成部分是如此強烈的耦合，它們的流動幾乎沒有摩擦。
科學家們推測，高能量的粒子噴流飛過夸克-膠子等離子體–一個原子核大小的液滴–其速度快於音速並且像快速飛行的噴流一樣，另外還會發出一種稱為馬赫波的超音速轟鳴。為了研究這些噴氣粒子的特性，2014年，由伯克利實驗室科學家領導的一個團隊開創了一種稱為噴氣斷層掃描的原子X射線成像技術。這些開創性的研究結果顯示，這些射流在通過夸克膠子等離子體傳播時散射並失去能量。
但噴射粒子在夸克-膠子等離子體中的旅程又是從哪裡開始呢？科學家們預測，一個較小的馬赫波信號即擴散尾流，會告訴人們該去哪裡找。然而儘管能量損失很容易觀察到，但馬赫波和伴隨的擴散尾流仍難以捉摸。
現在，來自伯克利實驗室的科學家們最近近發表在《Physical Review Letters》上報告了模型模擬的新結果，其顯示他們發明的另一項技術–二維噴射斷層掃描可以幫助研究人員找到擴散尾流的幽靈信號。
“它的信號是如此之小，就像在一萬個粒子的乾草堆里找一根針，”研究負責人、伯克利實驗室核科學部高級科學家Xin-Nian Wang說道，“”們的模擬首次表明，人們可以使用二維噴射斷層成像技術來拾取夸克膠子等離子體中擴散尾流的微小信號。”
為了在夸克-膠子乾草堆中找到那根超音速的針，伯克利實驗室的團隊從歐洲核子研究中心的大型強子對撞機(LHC)模擬的數十萬次鉛核碰撞事件和布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC)的金核碰撞事件中挑選出來。目前研究的一些計算機模擬是在伯克利實驗室的NERSC超級計算機用戶設施中進行的。
Wang指出，他們的獨特方法將幫助研究人員擺脫乾草堆中的所有這些乾草–幫助其專註於尋找那根針。噴射粒子的超音速信號有着一個獨特的形狀，看起來像一個圓錐體–它的後面拖着一個擴散尾流，就像快速移動的船隻尾流中的水波紋。科學家們一直在尋找這種超音速”wakelet”的證據。一旦擴散尾流位於夸克膠子等離子體中，則就可以將其信號跟背景中的其他粒子區分開來。
他們的工作還將幫助大型強子對撞機和RHIC的實驗者了解在他們尋求了解夸克-膠子等離子體如何演變成物質的過程中應該尋找哪些信號。“我們是由什麼構成的？在大爆炸后的幾微秒內，新生的宇宙是什麼樣子的？這仍是一項正在進行的工作，但我們對長期尋找的擴散喚醒的模擬使我們更接近於回答這些問題，”Wang說道。