在宇宙誕生的極早期，亞原子粒子攪拌成了炙熱的“粒子羹湯”，原初宇宙或“元宇宙”最終轉(zhuǎn)換為人們看到的今日宇宙，宇宙的誕生是最重要的宇宙學問題，同樣，物質(zhì)的誕生是最重要的物理學問題，宇宙和物質(zhì)的起源一直困擾了從事理論思維和實驗探索的科學家。怎樣尋找問題的答案？核物理學不能在真實的場景中重現(xiàn)138億年前宇宙誕生的場景，宇宙誕生是過去發(fā)生的宏大事件，人們不能以隔岸觀火的方式觀察在過去發(fā)生的真實物理事件，在物質(zhì)世界的形成過程中，確實發(fā)生了很多重大的事件，但科學家也不是無所適從，有些核物理學家希望重新創(chuàng)造幾乎接近了宇宙誕生的物理條件。

極早期的宇宙處于極致溫度和密度的環(huán)境，模仿宇宙的誕生極其困難，借助相對論重離子對撞機（RHC）的幫助，物理家通過原子核的碰撞創(chuàng)造了幾乎接近宇宙誕生時刻的極致物理條件，他們在布魯克黑文國家實驗室進行了原子加速器的實驗，原子核在加速器內(nèi)發(fā)生了每秒成千上萬次的相互碰撞，從而制造了宇宙誕生初期的粒子羹湯物質(zhì)態(tài)。實驗物理學家借助了不同尋常的全能型加速器，在復雜而精致的探測器的幫助下，他們模擬了奇特粒子產(chǎn)生的條件。極早期的宇宙物質(zhì)發(fā)生了奇異的變化，在原子核相互碰撞的區(qū)域，元宇宙的溫度達到了萬億度，經(jīng)過融化和凝結(jié)的粒子轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗儸F(xiàn)在熟知的物質(zhì)態(tài)，通過對實驗過程細節(jié)性的研究，他們希望發(fā)現(xiàn)融解的粒子湯轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的機制，物質(zhì)從粒子態(tài)到物質(zhì)態(tài)的過度期發(fā)生了奇異的轉(zhuǎn)化。

華人科學家許章布是RHC科學團隊（STAR）的發(fā)言人之一，從事實驗研究的物理學家許章布認為，RHC創(chuàng)造了對炙熱粒子轉(zhuǎn)化為物質(zhì)進行探測的條件，在實驗室的環(huán)境實現(xiàn)了不同能級的原子核發(fā)生相互碰撞的條件，《物理學評論通訊》雜志發(fā)表了科學團隊的實驗成果?！斑^度期”物質(zhì)態(tài)的性質(zhì)取決于所有碰撞粒子的能量水平。通過相位圖的形式，他們描述了過渡期物質(zhì)態(tài)的變化過程，研究和分析了核物理基礎(chǔ)的強力。人們從字面意義理解了十分強力的概念。

強力是最強的一種自然基本力，它將原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子結(jié)合起來，強力將質(zhì)子和中子內(nèi)的夸克和膠子結(jié)合起來。在普通的物質(zhì)溫度和物質(zhì)密度環(huán)境中，強力將質(zhì)子和中子內(nèi)的夸克“幽閉”在復合體的原子核或在強子之內(nèi)，質(zhì)子和中子屬于強子的范疇，但在極端溫度和物質(zhì)密度的環(huán)境中，強子被融化為夸克，強力的作用被消解，質(zhì)子和中子內(nèi)部的夸克有了自由釋放的機會，它們擺脫了禁閉和約束的環(huán)境，自由的夸克開始發(fā)生相互的作用，從中組成了奇異的粒子?？茖W家建造原子加速器（RHC）的目的是研究強力的消解、粒子的變化和物質(zhì)的生成。

核物質(zhì)粒子的融化和凝結(jié)過程好似水物質(zhì)形態(tài)的變化，水有三種形態(tài)，它們分別是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，科學家在分析原子核粒子的變化時使用了類似于分析水物質(zhì)形態(tài)變化過程的方法。人們在水的“三相圖”可以看到一條反映溫度和壓力關(guān)系的曲線，圖表表示了水的三種形態(tài)變化，曲線上的每一個點對應了溫度和壓力相互變化的關(guān)系，每一段曲線代表了水的不同形態(tài)。同樣，在原子核粒子的相位變化圖中出現(xiàn)了類似水的融化和凝固、蒸發(fā)和凝結(jié)的情形，物理學家在實驗基礎(chǔ)上描繪了原子核粒子變化的圖形。

在原子粒子相位圖的幫助下，物理學家找到了過度階段的實際邊界點，在不同邊界范圍尋找了原子核粒子形態(tài)的變化。在非常不同的溫度和密度環(huán)境中，不同的原子核粒子有不同的相位?？茖W家在RHC實驗室創(chuàng)造了極高溫度和密度物理條件，他們使用了觸發(fā)碰撞的兩條光束，每條光束由金元素的原子核構(gòu)成，金原子含有197個質(zhì)子和中子。加速器內(nèi)的每一組金原子的能量從200電子伏特（Gev）到77億電子伏特（Gev），不同能級的射束粒子進行碰撞。STAR科學團隊表示，原子核物質(zhì)態(tài)的變化與宇宙大爆炸理論的預言有驚人的一致性，原子核粒子發(fā)生了相變，它們在不同能級上表現(xiàn)了非常不同的屬性。

（編譯：2021-4-14）