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揭秘宇宙深處的「超強」磁場:量子碰撞引發科技革新

2024-03-02科學

宇宙,是一個充滿神秘力量的浩瀚空間,其中隱藏著超過我們想象的磁場強度。與家用冰箱上的微弱磁場相比,磁星能夠產生超過100萬億高斯的強磁場,這種力量足以使恒星形狀發生扭曲,並釋放重力波,開啟了時空的奇妙變革。

然而,即使這樣的磁星也黯然失色於量子世界中產生的磁場的威力。最新由布魯克海文國家實驗室進行的研究,利用紐約厄普頓的相對論重離子對撞機,記錄了誇克-膠子等離子體在碰撞後形成的「超強」磁場。這項研究揭示出,這一磁場竟然比磁星強大約10,000倍。

STAR物理學家Gang Wang表示:「那些快速移動的正電荷應該會產生非常強的磁場,預計強度為10×18高斯,這可能是我們宇宙中最強的磁場了。」

科學家們在房屋大小的RHIC中進行了一次偏心碰撞實驗,成功追蹤了重離子(如金)碰撞的軌跡。這種碰撞理論上會產生強磁場,其中帶正電的質子和中性中子在以接近光速透過時,會在產生的誇克-膠子等離子體中旋轉。

透過排除其他可能原因,研究人員發現了一種「電荷相關偏轉」,只能由法拉第感應現象引起。這種感應只有在強磁場迅速衰減時才能發生,影響了帶電粒子軌跡的測量。

這一發現開啟了新的科技探索,因為與磁星在其生命周期中持續產生強磁場不同,偏心碰撞所引發的超強磁場僅在百萬分之十億分之一秒記憶體在。雖然無法直接捕獲,其影響可以透過亞原子粒子的散射得以觀察。

STAR物理學家Diyu Shen表示:「我們可以透過集體運動的測量推斷出電導率的值。粒子偏轉的程度與誇克-膠子等離子體中電磁場強度和電導率直接相關,而此前沒有人測量過誇克-膠子等離子體的電導率。」

深入了解誇克-膠子等離子體的特性,有助於物理學家探索宇宙大爆炸之後、誇克和膠子自由漫遊並結合成強子之前的宇宙面貌。這些碰撞還將有助於研究手性磁效應(CME)的復雜性,為科技領域帶來全新的發展前景。

因此,盡管宇宙中存在著許多強大的磁場,但量子世界卻在邀請我們共同探索其中的奧秘,開啟科技的新篇章。