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揭秘宇宙深处的「超强」磁场:量子碰撞引发科技革新

2024-03-02科学

宇宙,是一个充满神秘力量的浩瀚空间,其中隐藏着超过我们想象的磁场强度。与家用冰箱上的微弱磁场相比,磁星能够产生超过100万亿高斯的强磁场,这种力量足以使恒星形状发生扭曲,并释放引力波,开启了时空的奇妙变革。

然而,即使这样的磁星也黯然失色于量子世界中产生的磁场的威力。最新由布鲁克海文国家实验室进行的研究,利用纽约厄普顿的相对论重离子对撞机,记录了夸克-胶子等离子体在碰撞后形成的「超强」磁场。这项研究揭示出,这一磁场竟然比磁星强大约10,000倍。

STAR物理学家Gang Wang表示:「那些快速移动的正电荷应该会产生非常强的磁场,预计强度为10×18高斯,这可能是我们宇宙中最强的磁场了。」

科学家们在房屋大小的RHIC中进行了一次偏心碰撞实验,成功追踪了重离子(如金)碰撞的轨迹。这种碰撞理论上会产生强磁场,其中带正电的质子和中性中子在以接近光速通过时,会在产生的夸克-胶子等离子体中旋转。

通过排除其他可能原因,研究人员发现了一种「电荷相关偏转」,只能由法拉第感应现象引起。这种感应只有在强磁场迅速衰减时才能发生,影响了带电粒子轨迹的测量。

这一发现开启了新的科技探索,因为与磁星在其生命周期中持续产生强磁场不同,偏心碰撞所引发的超强磁场仅在百万分之十亿分之一秒内存在。虽然无法直接捕获,其影响可以通过亚原子粒子的散射得以观察。

STAR物理学家Diyu Shen表示:「我们可以通过集体运动的测量推断出电导率的值。粒子偏转的程度与夸克-胶子等离子体中电磁场强度和电导率直接相关,而此前没有人测量过夸克-胶子等离子体的电导率。」

深入了解夸克-胶子等离子体的特性,有助于物理学家探索宇宙大爆炸之后、夸克和胶子自由漫游并结合成强子之前的宇宙面貌。这些碰撞还将有助于研究手性磁效应(CME)的复杂性,为科技领域带来全新的发展前景。

因此,尽管宇宙中存在着许多强大的磁场,但量子世界却在邀请我们共同探索其中的奥秘,开启科技的新篇章。