RHIC团队可以将自己的结果与欧洲核子研究中心(CERN)的结果进行比较,那里的物理学家也在大型强子对撞机上轰击了氧原子核。

美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机(RHIC)的科学家们通过以接近光速轰击氧原子核,成功生成了夸克-胶子等离子体(QGP)。
QGP是宇宙诞生后最初几微秒内存在的一种物质形态,有助于物理学家确定质子、中子和原子最初是如何形成的。
研究QGP还可以帮助科学家理解物理学中的其他现象,例如核稳定性的极限,以及对X粒子等奇特粒子的搜寻。
然而,由于QGP即使在宇宙大爆炸之后也只持续了几微秒,科学家很难直接观测到它,即使在RHIC或CERN大型强子对撞机(LHC)这样的粒子对撞机内部也是如此。
因此,科学家唯一能知道QGP是否形成的方法,是利用RHIC的螺线管径迹探测器或STAR探测器等探测器,研究从原子核碰撞中飞出的粒子。
“科学家研究QGP最有力的方法之一,是确定其特征信号出现在哪里——同样重要的是,确定这些信号在哪里消失,”参与这项工作的山东大学物理学教授李毅说。
研究人员此前发现,高能粒子喷注在穿过粒子对撞机内原子核碰撞后留下的炽热、致密物质时会损失能量。
这被称为喷注淬火,被认为是QGP形成的标志。
什么是喷注淬火?
当粒子对撞机将金等较重的原子核相互轰击时,它们的边界会瓦解,质子和中子中的夸克和胶子被释放出来。
这些碰撞遵循爱因斯坦著名的E=mc²方程,并相应释放能量。
由于形成的QGP比原子核本身还小,研究人员利用探测器来发现这些原子核碰撞后飞出的其他粒子。
然而,在观测中,研究人员发现一些粒子从这些碰撞中飞出时能量低于预期,就好像它们被等离子体中的夸克和胶子困住了一样。
为了进一步理解这一点,研究人员研究当原子核中的单个夸克或胶子与另一个原子核中的单个夸克或胶子碰撞时释放的能量喷注。
这种碰撞会在碰撞区边缘产生两束高能粒子喷注,帮助研究人员通过观察这些粒子的能量损失来研究QGP。
这种喷注淬火对于理解QGP至关重要,同时也是其存在的明显迹象。
研究氧原子核碰撞
RHIC的研究人员曾在金-金碰撞中观察到喷注淬火。
金原子核有78个质子和118个中子,属于相对较大的原子核;研究发现,从这些碰撞中产生的较低能量粒子会集体运动,像一种没有阻力的完美液体。
研究人员想知道,如果他们使用包含氧等较轻元素原子核的系统,是否会得到类似的观测结果。
每个碰撞氧原子核只有8个质子和8个中子,因此氧提供了一个比金或铅等重原子核更简单的系统来观测喷注淬火。
利用RHIC在2021年以2000亿电子伏特(GeV)进行的氧-氧碰撞数据,该团队发现,由于喷注淬火,高能粒子被抑制了20%。
虽然这一抑制程度低于金和铅对应的情况,但仍能证明QGP的形成。
由于LHC的研究人员也研究过氧-氧碰撞,RHIC团队可以将自己的发现与CERN研究人员的结果进行比较。
“我们正从两个方面推进边界,以探索产生QGP的最低条件:一方面通过观察这些小型氧-氧碰撞来研究原子核尺寸,另一方面也研究较低碰撞能量的数据——而我们仍然看到了这一关键的QGP特征。
这是我们测量的独特之处,”布鲁克海文国家实验室STAR物理学家马荣荣在新闻稿中解释道。
随着新的sPHENIX探测器如今成为RHIC粒子对撞机装置的一部分,未来关于氧-氧碰撞还将有更多发现。
影片以闻名全球的三星堆文化为根基,历时两年匠心打磨,依托全新电影AI技术,将古蜀文明与未来世界融入完整的长篇叙事,构建了一个独一无二的科幻世界观,成为国内首部利用AI技术制作并获得国家电影局公映许可证的院线电影。
电影《三星堆:未来往事》全新海报。
10月22日下午,影片CINITY版本在北京CINITY影厅放映,并举办影片首映北京特别放映活动。
博纳影业集团行政总裁、影片出品人、总制片人蒋德富,影片监制、制片人曲吉小江以及该片的首席技术支持生数科技市场副总裁雪来出席活动,与现场三百余位观众展开深入交流与分享。
博纳影业集团行政总裁、影片出品人、总制片人蒋德富在映后交流中谈到,在坚持守正创新的路上,此次希望以三星堆古蜀文明与AI的碰撞作出新的探索与尝试,并分享了布局AI影视赛道的长期规划。
影片监制、制片人曲吉小江表示,三星堆文明是中华璀璨历史的重要组成部分。
她希望借助新科技手段,将中国传统历史文化的精髓记录好、传播好,让更多人感受中华文明的独特魅力。
生数科技市场副总裁雪来认为,当前正是AI技术蓬勃发展的关键阶段,能给电影市场带来更多创新和发展。
电影《三星堆:未来往事》主创团队合影。
博纳此前发布的AI电影《计划外:广寒行动》的导演兼编剧李天昂表示:“要让现代的科学技术服务于电影的内容创作。
”电影《守岛人》的摄影师梁明、影评人谭飞等认为对于中国电影行业来说,《三星堆:未来往事》是一次大胆的尝试与开拓。
据悉,影片由博越星纪蓝图(成都)影视科技有限公司、博越星际蓝图(上海)影视科技有限公司出品,由生数科技Vidu提供首席技术支持。
编辑 滕朝 校对 赵琳
它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。
这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。
熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。
糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。
人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。
宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。
可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。
星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。
这看起来像是在违反第二定律。
这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。
引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。
而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。
比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。
这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。
两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。
正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。
在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。
可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。
G场生出一个暗能量项,而且是动态的。
暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。
现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。
比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。
这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。
膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。
宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。
但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。
总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。
那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。
所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。
比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。
但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。
引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。
若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。
来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.