□作者: 迈克尔·赖尔登　威廉·Ａ·扎伊奇

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　　为了解决这些问题，实验者正在研究微型大爆炸中出现的不同种类的夸克，特别是那些较重的品种。1964年，科学家预言夸克存在时，认为它们可以分成三类：上夸克(up)、下夸克(down)和奇异夸克(strange)。它们的质量都低于0.15 GeV，因此这3种夸克和它们的反夸克会在RHIC对撞中大量出现，而且数量大致相同。另两种夸克—粲夸克(charm)和底夸克(bottom)，发现于20世纪70年代，质量要大得多，分别约为1.6 GeV和5 GeV。依据E = mc2，产生这些重夸克所需的能量要大得多，所以它们出现在微型大爆炸的较早时期(当时的能量密度较高)，产生几率也低得多。如此罕见使它们成为颇具价值的示踪剂，可以追踪微型大爆炸演化初期显示出的流动模式和其他性质。
　　PHENIX和STAR实验装置很适合这类细致的研究，因为它们能够探测高能电子和其他一些被称为μ子(muon)的粒子，它们通常在重夸克的衰变中出现。物理学家追溯它们和其他一些衰变粒子，找出发源地，就能提取出产生这些粒子的重夸克的重要信息。重夸克质量更大，流动模式和行为方式可能与数量大大超过它们的表亲不同。测量这些差异，将有助于确定预期很小的残留黏度(residual viscosity)的精确数值。
　　粲夸克拥有另一种可以帮助探测夸克—胶子介质的特性。通常大约1%的粲夸克一经产生，就会与一个反粲夸克紧紧拥抱在一起(译注：粲夸克和反粲夸克被成对地束缚在一起)，形成一种被称为J/psi的中性粒子。两个同伴的间隔大约只有质子半径的1/3，因此J/psi的产量应该对夸克间短距离上的作用力相当敏感。理论学家预期这种作用力会减小，因为周围的一大群轻夸克和胶子倾向于将正反粲夸克隔离开来，这使得J/psi的产量更低。最近PHENIX的实验结果表明，J/psi粒子确实会溶解到这种液体中，就像先前在瑞士日内瓦城附近的欧洲核子中心(CERN)中观测到的现象一样 [参见《科学美国人》2000年4月号格雷厄姆·P·柯林斯所著《自由夸克的火球》一文]。科学家曾经预期，在RHIC中会出现更严重的J/psi抑制，因为它涉及的能量密度更高，但初步结果暗示，一些与之竞争的机制(例如J/psi粒子重新形成)，也许会在这样的高密状态下发生。通过寻找其他的重夸克对，并且观测产量是否被抑制和如何被抑制，进一步测量将继续关注这个谜题。
　　
　　另一种备受推崇的方法是，尝试利用它们自身的光亮来观察夸克—胶子液体。这团炽热的粒子汤会短暂发光，就像闪电中的闪光一样，因为它会发出能安然逃出介质的高能光子。正如天文学家可以从一颗遥远恒星的光谱中测出它的温度一样，物理学家也试图利用这些高能光子来测定夸克—胶子液体的温度。但现在已经证明，测量这种光谱非常有挑战性，因为一种被称为中性π介子的强子衰变时，也会产生大量光子。尽管这些光子是在夸克—胶子液体都变回强子很久之后才产生的，但当它们和夸克—胶子液体发出的光子抵达探测器时，看起来都一样。
　　许多物理学家正在为下一个能量前沿准备，它将出现在CERN的大型强子对撞机(Large Hadron Collider，缩写为LHC)中。从2008年开始，那里的实验设备将会观测铅原子核的碰撞，总能量将超过100万GeV。超过1,000位物理学家组成的一个国际合作小组正在建造庞大的ALICE探测器，它将把PHENIX和STAR探测器的能力结合到一个实验装置之中。LHC产生的微型大爆炸，它瞬时的能量密度将是现在RHIC对撞的好几倍，会轻而易举地突破10万亿摄氏度。到那时，物理学家将有能力模拟和研究大爆炸之后最初一微秒内发生的情况。
　　最重要的问题是，RHIC见证的这种类似液体的行为方式，会不会在温度更高、密度更大的LHC对撞中继续存在。一些理论学家预言，一旦夸克的平均能量超过1 GeV(LHC将达到这一标准)，它们之间的作用力就将变弱，夸克—胶子等离子体终于可以表现为正常的行为方式——如同最初预期的那样，好像一种气体。另一些人则不这么乐观。他们主张，QCD作用力无法在这种较高的能量状态下足够迅速地减弱，因此夸克和胶子将继续紧密地结合在它们的液体状态之中。关于这个问题，我们必须等待实验的裁决，它很可能会带来其他惊喜。
　　 (译/Steed 校/崔月婷)

文章作者:迈克尔·赖尔登　威廉·Ａ·扎伊奇
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