大型強子對撞機解釋了脆弱物質最終是如何產生的

在 CERN 的大型強子對撞機 (LHC) 中，質子碰撞產生的溫度比太陽核心高 100,000 倍。多年來，研究人員一直不明白像氘核和反氘核這樣的精細粒子是如何在如此高溫下存在的。氘核由一個質子和一個中子組成，通過相對較弱的力結合在一起。在這些條件下，如此輕的原子核幾乎會立即破裂。然而，實驗繼續檢測到它。研究人員現已表明，大約 90% 的觀察到的（反）氘核是通過這一新發現的過程產生的，而不是在最初的爆炸中倖存下來的。

魯棒交互的新視角

慕尼黑工業大學粒子物理學家、ORIGINS 卓越集群和 SFB1258 成員 Laura Fabbietti 教授強調了這一發現的重要性。 “我們的結果是朝著更好地理解‘強相互作用’邁出的重要一步，強相互作用是將原子核的質子和中子結合在一起的基本力。測量結果清楚地表明，輕核不是在碰撞的熱初始階段形成的，而是在後來條件有所冷卻並變得更加寬鬆時形成的。”

慕尼黑工業大學自然科學學院緻密和奇異強子物質法比蒂講座教授馬克西米利安·馬萊因 (Maximilian Mahlein) 博士補充說，這一發現具有更廣泛的影響。 “我們的發現不僅對於基礎核物理研究具有重要意義。宇宙中也會產生輕原子核，例如在宇宙射線的相互作用中。它們還可以提供有關仍然神秘的暗物質的線索。通過我們的新發現，可以改進這些粒子如何形成的模型，並且可以更可靠地解釋宇宙數據。”

歐洲核子研究中心和大型強子對撞機

CERN（Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire）是世界上最大的粒子物理研究中心。它位於瑞士和法國邊境的日內瓦附近，是大型強子對撞機（LHC）的所在地，大型強子對撞機是一個 27 公里長的地下環形加速器。在大型強子對撞機內，質子以接近光速的速度碰撞在一起。這些碰撞重現了與大爆炸後不久類似的條件，產生了當今其他任何地方都沒有的溫度和能量。這使得科學家能夠從根本上研究物質並測試自然的基本規律。

愛麗絲和物質的誕生

LHC 的關鍵實驗之一是 ALICE（大型離子對撞機實驗），該實驗基於對將原子核結合在一起的強相互作用的理解。 ALICE 的工作原理就像一個巨大的相機，能夠跟踪和重建單次碰撞中產生的 2000 個粒子。通過這種方式，研究人員的目標是重現宇宙的最初時刻，並了解夸克和膠子的熱混合物最終如何產生穩定的原子核，並最終產生所有物質。

探索宇宙起源和基本力量

起源卓越集群研究了宇宙及其結構的形成方式，從星系和恆星到行星和生命的組成部分。他的研究沿著從早期宇宙中最小的粒子到生物系統發展的道路。這涉及尋找地球以外可以支持生命的環境，並加深對暗物質的了解。 2025 年 5 月，慕尼黑工業大學和慕尼黑大學 (LMU) 提出的 ORIGINS 第二期資助計劃根據德國卓越戰略獲得批准。

“天體和粒子物理學中的中微子和暗物質”（SFB 1258）重點關注合作研究中心的基礎物理問題，特別關注自然四種基本力之一的弱相互作用。 SFB1258的第三個資助期於2025年1月開始。