●釋放誇克 1977年，理論學(xué)家史蒂文?溫伯格(StevenWeinberg)出版了他的經(jīng)典著作——講述早期宇宙物理學(xué)的《最初三分鐘》(TheFirstThreeMinutes)。當(dāng)時，他拒絕給宇宙最初的1/100秒作任何決定性的結(jié)論?！拔覀冎皇菍玖Ｗ游锢聿t解得還不夠，沒有任何把握能計算出這種混和物的性質(zhì)，”他遺憾地說，“因此我們對微觀物理的無知就像一層面紗，阻斷了我們遙望宇宙開端的目光?！?nbsp; 但是，就在20世紀(jì)70年代，理論和實驗的突破很快開始揭開這層面紗。不僅質(zhì)子、中子和其他所有強子，都被發(fā)現(xiàn)包含著誇克；而且，一種有關(guān)誇克之間強作用力的理論——所謂的量子色動力學(xué)(即QCD)也在70年代中期浮出水面。這種理論假定被稱為膠子的8種假想的中性粒子，在誇克之間飛來飛去，傳遞著無情的作用力，將誇克禁閉在強子內(nèi)部。 QCD理論格外迷人的地方就在於，與常見作用力(比如引力和電磁力)的行為相反，這種結(jié)合力會隨著誇克彼此靠近而變?nèi)酢锢韺W(xué)家把這種古怪的反常行為稱作漸近自由(asymptoticfreedom)。這意味著，當(dāng)兩個誇克之間的距離遠遠小於一個質(zhì)子直徑(約10-13釐米)時，它們受到的作用力會減小，物理學(xué)家就可以依靠標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)將作用力計算得非常精確。只有當(dāng)誇克開始遠離它的同伴時，這種力量才會真正變強，將這個粒子猛拉回來，就像一隻脖子被拴住的狗一樣。 在量子物理中，粒子之間的短距離是與高能碰撞聯(lián)繫在一起的。因此，在高溫下，當(dāng)粒子被緊緊地擠壓在一起，彼此之間不斷地發(fā)生高能碰撞時，漸近自由就變得很重要了。 QCD的漸近自由比其他所有因素都更為重要，正是它讓物理學(xué)家揭開了“溫伯格的面紗”，推算出宇宙誕生後最初幾微秒內(nèi)的情景。只要溫度超過大約10萬億攝氏度，誇克和膠子的行為實際上就完全獨立了；甚至在更低的溫度下，比如2萬億攝氏度時，誇克應(yīng)該也可以單獨遊蕩——儘管那時，誇克應(yīng)該開始感受到QCD約束力在扯它們的後腿了。 為了在地球上模擬出這種極端環(huán)境，物理學(xué)家必須再現(xiàn)宇宙誕生最初幾微秒內(nèi)超高的溫度、壓強和密度。對一群相同的粒子來說，溫度實際上就是單個粒子的平均動能，而壓強則隨著這群粒子的能量密度增大而增長。因此，通過將盡可能多的能量擠壓到盡可能小的體積中，我們就擁有了模擬大爆炸條件的最佳機會。 幸運的是，大自然提供了唾手可得的、極其緻密的物質(zhì)團塊——原子核。如果你能設(shè)法聚集起大拇指尖那麼多的核子物質(zhì)，它將重達3億噸！30年來，利用諸如鉛、金之類的重原子核進行的高能對撞實驗，已經(jīng)證明碰撞發(fā)生時的密度，遠遠超過普通的核子物質(zhì)，所引起的溫度可能也超過了5萬億攝氏度。 每個重原子核包含的質(zhì)子和中子總數(shù)大約為200個，它們碰撞所產(chǎn)生的“煉獄”，要比單個質(zhì)子的碰撞(常用於其他的高能物理實驗)巨大得多。這種重離子碰撞產(chǎn)生的，不是只有幾十個粒子飛散出來的小型爆炸，而是一團包含著上千個粒子的沸騰火球。足量的粒子糾纏在一起，使得這團火球的集體性質(zhì)——溫度、密度、壓強和黏度(它的黏稠度或抵抗流動的能力)，變成了能夠利用的重要參數(shù)。這種區(qū)別很重要——就像少量孤立的水分子和一整滴水之間的性質(zhì)差異一樣。
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