夸克胶子等离子体液滴膨胀扩展后形成的三种几何形状的可视化图形。
据《自然·物理学》杂志12月10日刊发的一篇研究论文称，美国科罗拉多大学博尔德分校（CU Boulder）的物理学家们所领导的一个国际科学家团队在重点研究了一种名为夸克胶子等离子体、类似于液体的物质状态后，已经在实验室中创造出曾经充满宇宙初始阶段的、超高温物质构成的微小液滴，而这些液滴分别呈现出三种不同的形状和大小：圆圈形、椭圆形和三角形。物理学家认为，在宇宙大爆炸后的最初几微秒内，这种物质充满了整个宇宙，但是当时宇宙温度太高，分散的粒子还无法聚集形成原子。
CU Boulder的杰米·纳格尔（Jamie Nagle）教授和其团队在一项被命名为“凤凰号”（PHENIX）的实验中，利用纽约州的布鲁克黑文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的一台巨型对撞机来重新创造了该等离子体。在一系列的测试中，研究人员将由质子和中子构成的、不同组合结构的粒子包相互撞击、粉碎并结集成更大的原子核。他们发现，通过精细地控制实验条件，他们可以生成夸克胶子等离子体液滴，而这些液滴在膨胀后能形成三种不同的几何形态。纳格尔教授介绍道：“实验结果让我们更接近于一个问题的答案，即宇宙初始阶段中能够存在的最小物质量是多少。”CU Boulder和美国范德堡大学（Vanderbilt University）的研究人员主导了“凤凰号”实验的数据分析工作。
科学家们早在2000年就在布鲁克黑文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）上启动了对夸克胶子等离子体的研究。尽管大多数科学家认为，仅仅通过质子碰撞并不能提供足够的能量来生成像流体一样流动的任何物质，但是另一组科学家却发文阐述了他们的等离子体源自于两个质子的相撞，而不是两个原子。于是，纳格尔的团队在2014年设计了一种方法来对这些研究结果进行验证——他们的假设是：如果这些微型液滴的表现类似于液体，那么它们应该能够维持其形态。
据纳格尔解释，如果你把两块石头扔进一个池塘，并让这两块石头相隔不太远，它们撞击水面产生的涟漪就会逐渐相互嵌入，形成一个类似椭圆的图案。同理，如果你把一对质子-中子——被称为氘核——碰撞聚合更大的物质，也可能发生一样的现象。并且，如果碰撞物质是一个质子-质子-中子的三元组——被称为氦-3原子——那么它则可能会膨胀形成一个类似于三角形的形状。
而这正是“凤凰号”实验所发现的：在粒子相互碰撞后，氘核形成了持续时间短暂的椭圆形，氦-3原子形成了三角形，而单个质子爆炸形成一个圆圈形。研究人员说，这些研究结果可以帮助理论学家更好地理解宇宙最初的夸克胶子等离子体是如何在几毫秒内冷却并生成宇宙中第一个原子的。
编译：Jonathan
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