当原子核以接近光速相互碰撞时，它们会短暂产生夸克-胶子 plasma，这是一种极其高温的物质状态，在其中夸克和胶子可以自由运动。这种奇特的材料表现得像几乎完美的流体，并为科学家提供了一种研究与大爆炸后不久的条件相似的方式。研究人员对 plasma 的强烈旋转运动和强大的电磁场给予了相当多的关注。然而，其加速度却受到的审视远不如其他方面，尽管它直接影响着火球的快速膨胀。在流体动力学中，加速度被视为与涡度同样基本，就像电场和磁场被视为电磁学同等重要的部分一样。 研究加速在碰撞能量中的变化 由复旦大学物理学家马宇刚和黄绪光领导的研究团队开始绘制夸克-胶子 plasma 内部加速度的形成和变化。研究人员结合了两种广泛使用的粒子输运模型 AMPT 和 UrQMD，并采用高斯模糊方法。这种技术将单个粒子分布转化为连续的能量、动量和速度场，使团队能够将 plasma 视为一种演变的流体。使用这种方法，他们追踪了从 3.5 GeV 到 2.76 TeV 的碰撞能量中的加速度。黄教授解释说：“加速度不仅仅是运动学细节 – 它可能作为量子色动力学物质的热力学控制参数。” 火球边缘的极端加速度 模拟显示，低能和高能碰撞中，峰值加速度可达到数百 MeV。最强的横向加速度始终指向外部，并出现在火球的外边界附近。由于那里的压力急剧下降，而焓密度保持低，因此这一边缘成为加速度的热点。根据相对论欧拉方程，这两种条件相互强化，极大地增加了加速度。根据碰撞能量的不同，plasma 的行为也各异。在较低能量下，核停止最初使物质减速，产生高达约 500 MeV 的减速。在超相对论能量下，原子核如此快速地穿过彼此，以至于将新产生的 plasma 拉入短暂且强烈的加速度脉冲中。由于最强的加速度保持集中在边界上，因此整体效应仅因核直接碰撞或斜碰撞而略有不同。 极端物质的新控制可能性 加速度可能影响的不仅是 plasma 的运动。通过 Unruh 效应，加速观察者会将空旷空间视为热环境。因此，数百 MeV 的加速度可能类似于接近量子色动力学相变温度的温度。这一可能性表明，加速度可以为量子色动力学物质的相结构增加一个新的“加速度轴”。它可能影响手征相变和与夸克禁闭相关的相变。加速度还可能产生之前未探索的输运效应，并影响粒子自旋的排列。这些效应将补充由涡度产生的效应，并可能帮助研究人员调查在 RHIC 和 LHC 观察到的未解决自旋行为。 寻找可测量的对撞机信号 研究人员现在计划在计算中纳入更真实的流体动力学演变。他们还希望识别可能揭示加速度影响的实验信号，包括超子自旋极化的模式。通过将非惯性量子效应与可测量的粒子行为联系起来，这项工作为研究强相互作用控制的物质打开了新的方向。黄教授表示：“正如温度和密度定义了物质的相图，加速度可能为该图打开一个新轴。通过绘制夸克-胶子 plasma 的这一隐秘维度，我们希望将非惯性量子效应转化为实验可以实际测量的特征。”