重離子碰撞實驗產生比中子星還強的磁場，有助首次測量夸克湯電導率

透過重離子碰撞實驗觀察原子內部起作用的力，科學家發現碰撞產生夸克湯以及比中子星磁場還強 1,000 倍的磁場痕跡，使研究人員能研究兩者之間相互作用，有助進一步測量夸克湯電導率以完善早期宇宙模型。

中子星是宇宙已知密度最大物體，其中磁星擁有高達 10^11 高斯的最強磁場，發展成一種難以想像的力量；作為比較，保護我們免受宇宙輻射和太陽粒子危害的地球磁場強度僅 0.5 高斯。

不過地球上也能檢測到強度遠超這些宇宙怪物的磁力，比如最近美國布魯克黑文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory，BNL）利用相對論性重離子對撞機（Relativistic Heavy Ion Collider，RHIC）分析重離子碰撞，發現碰撞產生的夸克湯留下破紀錄磁場痕跡。

夸克–膠子電漿（Quark–gluon plasma，QGP）俗稱夸克湯（quark soup），是量子色動力學的相態，出現於極高溫與極高密度環境，理論預測早期宇宙充滿 QGP，它們與巨大電場、磁場的互動可能影響早期宇宙結構。

在正常物質中，夸克透過膠子攜帶的強核力結合成多夸克粒子，比如質子與中子。但在夸克–膠子電漿中，夸克和膠子可以自由行動，近年隨著各種粒子對撞機升級，科學家已成功人工製造出這種物質並試著從中觀察各種粒子與物理行為。

為了觀察重離子碰撞產生的 QGP 是否存在電磁場、從而導致帶電粒子發生偏轉，布魯克黑文國家實驗室自 2000 年以來一直在進行重核碰撞實驗，像金這樣的重原子核（也稱為重離子）偏心碰撞預計可產生高達 10^18 高斯的強大磁場，如果磁場存在，它必然影響帶電粒子運動並感應電磁場。

但由於重離子碰撞過程僅持續不到 10 -23秒，難以觀察，因此科學家沒有嘗試直接測量磁場，而是尋找磁場對碰撞產生的粒子影響證據，具體來說就是研究不同帶電粒子的集體運動。

現在，物理學家在 QGP 觀察到法拉第電磁感應現象，首次測量磁場如何與 QGP 相互作用，隨著夸克、膠子從重離子碰撞過程釋放，有證據顯示磁場會在 QGP 中感應出電磁場。

此外，團隊不僅在高能量的金重離子碰撞觀察到這些訊號，200GeV 低能量的釕、鋯等較小原子核碰撞也觀察到這些訊號，表明這些效應具普遍性。

科學家將能利用這種感應來探測 QGP 電導率，了解 QGP 的磁性與電磁特性能進一步幫助確定自由夸克、膠子結合形成強子（質子、中子）的條件，比如什麼溫度下夸克和膠子是自由的，什麼溫度下會「凍結」成為強子，在另一個維度研究這些基本特性，提供有關強相互作用更多資訊。

新論文發表在《物理評論 X》（Physical Review X）期刊。

（首圖來源：布魯克黑文國家實驗室）