2019-08-20 23:06:01
测量温度与实验室中的星碰撞中的温度相似

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中子星之间的碰撞是令人着迷的宇宙事件,导致形成许多化学元素。这些碰撞期间的温度呈指数级高,通常达到数千亿摄氏度。

HADES合作是一个在全球不同大学工作的大型研究团队,最近在实验室环境中收集了对星体碰撞过程中产生的热电磁辐射的第一次测量,称为黑体辐射。他们的研究在自然物理学杂志上发表的一篇论文中得到了概述,结果显示,温度约为8000亿摄氏度,与星际碰撞时的温度相当。

“在我们的研究中,我们在相对论能量的基础上粉碎了原子核(例如金核),”HADES合作发言人Joachim Stroth告诉Phys.org。 “这会在通常不存在的条件下产生物质形态。只有中子星达到这样的密度(甚至更高),当中子星合并时,它们的温度可以达到我们实验中的高度。这就是为什么我们可以形成宇宙类型的在实验室里的事。“

在他们的研究中,Stroth和他的同事在达姆施塔特的GSI / FAIR加速器中心使用了HADES探测器系统来收集两个重核相对论能量碰撞的新见解。这使他们能够深入实验室观察极端宇宙状物质的微观特征。

研究人员通过在相对论能量下碰撞重离子,专门将量子色动力学(QCD)物质创建为瞬态。根据一系列因素,包括温度,压力和重化潜力,这类物质可以存在于不同的阶段。

通过观察QCD物质的状态,研究人员希望更好地了解神经元星物质和碰撞。他们开始研究的一个关键问题是核的成分,它们本质上是物质的基石,能否在极端条件下改变它们的性质。

“我们测量了碰撞中形成的火球发出的电磁辐射,”Stroth解释道。这种辐射可以告诉我们很多关于成分的性质。然而,这是一个难以实现的测量,因为火球的寿命很短(1022秒),辐射很少发射。

强子是复合粒子,由反夸克的三夸克(重子)和强力共同组成的夸克(介子)组成。当这些粒子衰变时,它们有时会产生虚光子,这些光子是不能直接检测到的光子,因为它们的存在违反了能量和动量的守恒。

这些虚拟光子携带有关衰变的亚原子粒子的所有信息,也会立即衰变成电子对(即电子和正电子)。在他们的研究中,Stroth和他的同事用光谱仪检测了这些颗粒。

“我们观察到碰撞区的温度可以达到8000亿度,密度可以高达核饱和密度的三倍,”Stroth说。 “我们发现在这种情况下,物质的构建块被大大改变了。这也意味着物质属性大不相同,就好像构建块只保留它们的属性一样。”

HADES合作是第一个成功测量温度的研究团队,与实验室环境中的星碰撞过程中的温度相似。该团队的研究结果可以显着增强当前对中子星合并事件的科学认识,同时也可以揭示基本夸克和胶子产生的物质。

“我们目前正在为HADES建立一个后续实验,该实验将于2025年开始在新的FAIR设施中运行,”Stroth说。 “通过这种探测器,我们将能够将测量范围扩展到更高的温度和密度。”

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