科學家證實夸克-膠子電漿體展現一致流體特性

歐洲核子研究組織（CERN）的科學家團隊確認了一項關於宇宙早期物質狀態的關鍵發現：夸克-膠子電漿體（QGP）在極端條件下確實表現為一種高度協調的流體。此項研究成果為物理學界長期以來關於這種原始「湯」的基本性質的爭論提供了實證支持。該實驗在位於瑞士日內瓦的27公里大型強子對撞機（LHC）內進行，研究團隊透過將重型鉛離子以接近光速的速度猛烈撞擊，成功重現了宇宙誕生後最初幾微秒所處的極端高溫高密狀態。

領導此項研究的麻省理工學院（MIT）物理學教授李嚴傑及其團隊，開發了一種創新的分析技術，用以精確分離單一夸克穿過QGP時所產生的響應。他們觀察到，當快速移動的夸克穿過這種極端物質時，會產生可測量的「尾跡」，此現象與船隻在水面上航行留下的漣漪相似。李教授指出，QGP的密度極高，足以減緩夸克的運動，並產生類似液體特有的飛濺和漩渦效應，從而證實了QGP是一種原始的宇宙流體。

此項發現的關鍵在於分析方法，研究人員利用CMS探測器收集的數據，專注於尋找在碰撞中，一個夸克與一個中性Z玻色子「背靠背」產生的罕見事件。Z玻色子因其電中性特性，在穿過QGP時受干擾極小，故成為精確標定夸克噴流初始方向的理想「標記」，解決了傳統上難以區分雙噴流軌跡的難題。研究團隊從約130億次碰撞中篩選出大約2,000個符合嚴格高橫向動量的Z玻色子事件，這些事件的分析結果清晰揭示了QGP的集體流體行為。

QGP被認為是宇宙中存在的第一種液體，其溫度估計高達數兆攝氏度，理論預測其為一種內部摩擦力極低的「近完美液體」。過去的研究已暗示其具有流體特性，但本次利用Z玻色子作為「無聲證人」的測量，提供了迄今為止最清晰的證據，證明QGP在受到擾動時，是像一個整體流動的流體，而非鬆散的粒子氣體。這種流體動力學的尾跡效應，直接關聯到結合了噴流量子描述與介質流體描述的理論模型。

CERN的LHC加速器持續為探索宇宙的初始條件提供實驗平台。李嚴傑教授在CMS合作組織中扮演重要角色，他於2013年加入MIT物理系，專長即是重離子碰撞下的夸克-膠子電漿體動力學。未來，研究團隊計劃進一步利用此技術，在預計於2026年3月於加州大學洛杉磯分校（UCLA）舉行的SQM2026會議上，深入探討QGP的傳輸特性，例如能量和動量的傳遞效率，以及尾跡的擴散速度。