轉瞬即逝的夸克湯，在大爆炸後第 1 毫秒內發生了什麼事？

宇宙最初處於極度炙熱稠密狀態，這是一個相當準確但也模糊的描述，究竟是什麼東西又熱又緻密？要回答這問題，就必須進行複雜的理論建模和高能粒子物理實驗。最近科學家利用對撞機實驗研究了夸克-膠子電漿如何在大爆炸後 0.000001 秒內轉變成強子，雖然只是小細節，卻能幫助掌握宇宙的關鍵轉變。

根據粒子物理學與標準宇宙學模型，物理學家相信大爆炸後 0.000001 秒內曾唯一存在稱為夸克-膠子電漿（Quark-Gluon Plasma，簡稱 QGP）的物質狀態，俗稱夸克湯（quark soup），其行為受強作用力控制，遵循量子色動力學（QCD）定律，隨後因宇宙膨脹而消失，重新形成所謂的強子。

然而，儘管科學家目前對描述夸克與膠子之間強交互作用的 QCD 理論已有一定理解，但描述該理論的數學程式是如此復雜難以計算，就算超級電腦來也很難計算夸克-膠子相互作用的狀態，我們該如何理解它？

只能來硬的了。

直接利用對撞機將電漿中離子以接近光速的速度撞擊在一起，在 170MeV 能級下環境短暫製造出 QGP，重現大爆炸歷史，追溯宇宙在不到 1 毫秒時間內究竟發生了什麼事，看看 QGP 如何從最初狀態演變為原子與構成生命要素的關鍵。過去，歐洲核子研究組織（CERN）和布魯克黑文國家實驗室（BNL）曾利用金和鉛原子核進行過以上撞擊實驗。

最近，大型強子對撞機中的 A 大型離子對撞機實驗（A Large Ion Collider Experiment，ALICE）研究了這種碰撞，不僅分析了 QGP 狀態，還研究了夸克-膠子電漿如何轉變成強子（兩種最常見的強子類型是構成原子核的質子和中子）。

此外，研究人員開發了新算法能夠比以往方法一次分析更多粒子，而研究結果顛覆過往科學家認為電漿是氣體的一種形式，實際上 QGP 更像光滑的液體形式（如水），隨著時間推移不斷變化形狀，從而與其他物質區分開來。

這項發現看起來是個很小的細節，但也能幫天文學家解決一些大爆炸謎題，究竟當前可觀測宇宙如何在瞬間經歷指數級膨脹將近 1,026倍，並冷卻了 100,000 倍。

（首圖來源：pixabay）