仰望星空,每颗星星都诉说着跨越138亿年的宇宙故事。一切始于宇宙最原始的“食材”——基本粒子,它们历经漫长演变,最终构成了我们脚下的地球。
宇宙诞生之初,轻元素形成。宇宙诞生瞬间,温度高达千万亿度,物质呈“粒子汤”态,夸克自由穿梭。随着宇宙膨胀降温,约2万亿度时,夸克三个一组组成质子和中子,即夸克-强子相变,标志着宇宙从混沌走向有序。3分钟时,宇宙温度降至10亿度,质子和中子结合成原子核,原初核合成产生了氢、氦和极微量锂,奠定了当前宇宙中90%的氢和氦。
重元素形成,依赖两代恒星。数亿年的黑暗时代后,初代恒星诞生。它们质量大、寿命短,内部核聚变最多只能制造到铁元素。超新星爆发后,新元素播撒到星际空间。第二代恒星诞生于初代恒星余烬,如太阳,其含有的重元素为行星系统形成创造条件。金、铀等超重元素通过“快中子捕获”在中子星碰撞等极端事件中生成。2017年,人类首次捕捉到中子星碰撞的引力波信号。
地球“配方独特”,揭秘宇宙发展。太阳系诞生于46亿年前的分子云,地球的元素配比特殊,其形成与太阳系温度梯度有关。夸克相变奠定的物质基础,使宇宙有足够重元素构成岩石行星,而地球保留的液态水为生命孕育提供了条件。从夸克相变到地球诞生,每个环节都影响着地球的存在。
实验室模拟“微型宇宙大爆炸”。为理解夸克与强子的转变,科学家利用大型重离子对撞装置,让原子核接近光速碰撞,复现宇宙诞生早期物质状态。通过对比不同重量原子核碰撞结果,寻找QCD相变证据。目前全球多个实验装置参与研究,虽面临挑战,但国际合作项目将进一步探索高密度核物质相变机制。
分析粒子“指纹”,破解宇宙之谜。中国科学院近代物理研究所雍高产研究员团队发表研究,通过分析重离子碰撞后粒子“指纹”,提出重轻反应系统同类粒子发射比可作为揭示QGP出现的关键指标。研究借助改进的多相模型和PACIAE模型,发现粒子产额异常与夸克物质形成有关。该新型探针提高了探测灵敏度与可靠性,为绘制QCD相图提供线索,深化了对高密核物质状态的理解,也为揭示宇宙早期演化之谜提供新思路。