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宇宙大爆炸后出现的第一种物质是什么(宇宙大爆炸最初产生的物质)

宇宙大爆炸后出现的第一种物质是什么, 我们现在的宇宙诞生于大约138亿年前的一次大爆炸。你可能觉得这种事情太离奇了,但这是真的。那么,BIGBANG之后出现的第一种物质是什么?

据国外媒体报道,在最近的一项新研究中,一组欧洲科学家使用大型强子对撞机(LHC)以99.9999991%的速度对撞铅粒子,创造了BIGBANG后出现的第一种物质。

这种碰撞产生的原始物质被称为“夸克-胶子等离子体”(简称QGP),它的存在只持续了片刻。然而,

这是科学家首次探测到这种等离子体的液态特征——比其他任何已知物质——的流动阻力都小,揭示了它在宇宙诞生那一刻的演化。

宇宙大爆炸最初产生的物质

这项研究向我们展示了夸克-胶子等离子体的演化,并可能揭示宇宙在大爆炸后的第一微秒(0.0000001秒)内是如何演化的。

大爆炸后,人们认为宇宙就像一锅“能量汤”,然后在一个叫做“暴胀”的时期迅速膨胀,使宇宙冷却到足以形成物质。科学家认为夸克和胶子是宇宙中最早出现的实体。前者是基本粒子。

后者携带强大的力量将夸克粘在一起。随着宇宙的进一步冷却,这些粒子形成亚原子粒子,称为强子(参与强相互作用的基本粒子),其中一些被称为质子和中子。

通过位于瑞士日内瓦边界的大型强子对撞机——和世界上最大的原子对撞机——,研究人员重现了宇宙历史上“第一物质”的产生过程。它们将重原子核碰撞在一起,产生了一个微小的火球,

粒子可以在很短的时间内有效地融化成原来的形态。

早在2000年,科学家们首次创造了夸克-胶子等离子体,但在新的研究中,他们首次对该物质的液体性质进行了详细的探测。因为夸克胶子等离子体只能持续10秒的负23秒,

因此,研究人员使用新的计算机模拟程序和从Alice(大型离子对撞机实验)收集的数据。

我希望知道这种物质的性质,以及它在形成到凝聚成强子的过程中是如何变化的。他们发现夸克胶子等离子体是一种完美的液体,也就是说,它几乎没有粘性或流动阻力;另一方面,这种物质随时间改变形状的方式也与其他形式的物质有很大不同。

宇宙大爆炸最初产生的物质

这些信息将帮助科学家了解宇宙在大爆炸后的初始阶段是什么样子的。随着大型强子对撞机的升级和一个新的10亿美元加速器的启动,科学家们希望在未来的实验中找到更多细节。

更多的研究将有助于科学家理解夸克和胶子是如何排列成质子和中子的,“它可能与大爆炸模型中量子膨胀的早期阶段有关”。

什么是夸克胶子等离子体?

夸克是物质的最小单位,胶子是夸克的传输介质,就像光子对于电磁相互作用一样。但奇怪的是,科学家并没有观察到自然界中有独立的单个夸克,换句话说,夸克通常是被禁闭的。理论物理学家认为,

在BIGBANG早期,由于物质的密度和温度极高,夸克禁闭被打开,使其能够在大范围内自由运动。这是一种全新的物质形态,即夸克胶子等离子体,在宇宙大爆炸早期大量存在。

描述夸克和胶子之间这种强相互作用的理论是量子色动力学(QCD)。

在最初的宇宙中,只有夸克、轻子、胶子等基本粒子形式。随着系统的迅速膨胀,几微秒后,宇宙冷却到几百兆电子伏(1兆电子伏的温度约为1.1610^10K),产生了夸克-胶子等离子体的物质形态。

后来随着物质的进一步膨胀和冷却,正负夸克形成介子,三夸克形成中子、质子等。而电子、光子和中微子等轻子仍活跃在宇宙中。

宇宙大爆炸最初产生的物质

此时,早期处于大范围自由运动状态的夸克和胶子,由于夸克和胶子的强烈相互作用,被禁闭在核内,无法大范围自由运动。但是因为整个系统还在膨胀,所以温度继续快速下降,降到10亿度左右的时候,

中子失去自由存在的条件,要么衰变,要么与质子结合形成重氢、氦等元素;从这个时期开始,化学元素相继形成。当宇宙温度进一步下降到100万度时,化学元素形成的早期过程就结束了。

宇宙中的物质主要是质子、电子、光子和一些较轻的原子核。当温度下降到几千度时,宇宙主要是气态物质,这些气体逐渐凝聚,进一步形成恒星系统,演化成我们今天看到的宇宙。

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