超强磁场在核物质上留下印记

美国能源部布鲁克黑文国家实验室的粒子对撞机相对论重离子对撞机（RHIC）的STAR合作进行的一项新分析首次直接证明了宇宙中最强大的磁场对“去精细”核物质留下的印记。这些证据来自于在美国能源部科学办公室的用户设施中测量不同电荷粒子从原子核碰撞中分离的方式

如《物理评论X》杂志所述，数据表明，偏离中心碰撞产生的强大磁场在夸克和胶子中引发电流，通过粒子碰撞从质子和中子中释放或解除束缚

这些发现为科学家研究这种“夸克-胶子等离子体”（QGP）的电导率提供了一种新的方法，以了解更多关于原子核的基本组成部分

“这是第一次测量磁场如何与夸克胶子等离子体（QGP）相互作用，”来自中国复旦大学的STAR物理学家、新分析的领导者沈迪宇说。事实上，测量这种相互作用的影响提供了这些强大磁场存在的直接证据

比中子星更强大

科学家们长期以来一直认为，金等重原子核（也称为重离子）的偏离中心碰撞会产生强大的磁场。这是因为，当离子以接近光速相互侧擦时，组成原子核的一些非碰撞的带正电质子和中性中子会被设置为wirl

“这些快速移动的正电荷应该会产生一个非常强的磁场，预计为1018高斯，”来自加州大学洛杉矶分校的STAR物理学家王刚说。相比之下，他指出，中子星是宇宙中密度最大的物体，其磁场约为1014高斯，而冰箱磁铁产生的磁场约为100高斯，而我们的母星的保护磁场仅为0.5高斯

“这可能是我们宇宙中最强的磁场。”

但由于重离子碰撞中事情发生得很快，磁场不会持续很长时间。它在不到10-23秒的时间内消散，即十亿分之一秒的千万分之一，这使得观测变得困难

因此，STAR的科学家们没有试图直接测量磁场，而是寻找它对碰撞中流出的粒子产生影响的证据

王说：“具体来说，我们观察的是带电粒子的集体运动。”

检测偏转

众所周知，磁场会影响带电粒子的运动，甚至会在金属等导电形式的物质中引发电磁场。这与这里发生的事情是一样的，但规模要小得多

布鲁克海文实验室物理学家、STAR合作成员唐爱红说：“我们想看看偏心重离子碰撞中产生的带电粒子是否以一种只能通过这些碰撞中形成的QGP微小斑点中存在电磁场来解释的方式偏转。”

该团队使用STAR复杂的探测器系统来跟踪不同带电粒子对的集体运动，同时排除了竞争性非电磁效应的影响。他们最感兴趣的是排除作为碰撞原子核一部分传输的带电夸克引起的偏转。幸运的是，这些“传输夸克”产生了一种与磁场感应电流触发的偏转模式相反的偏转模式，即法拉第感应

一个明确的信号

唐说：“最终，我们看到了一种电荷依赖性偏转模式，这种模式只能由QGP中的电磁场触发——这是法拉第感应的明显迹象。”

科学家们不仅在高能下两个金原子核（2000亿电子伏特或GeV下的金-金）的偏离中心碰撞中看到了这种强烈的信号，而且在较小原子核（均为200 GeV的钌-钌和锆-锆）的偏离心碰撞中也看到了这种强信号

“这种效应是普遍的。它不仅发生在大系统中，也发生在小系统中，”沈说

当科学家们在相对较低的能量（27 GeV）下分析金与金碰撞的数据时，他们看到了更强的信号。这一发现提供了更多的支持证据，证明偏心碰撞产生的强大磁场诱导了粒子偏转电磁场

这是因为磁场消散时会产生法拉第感应。在能量较低的碰撞中，这种情况发生得较慢

王说：“这种效应在低能量下更强，因为在低能量时磁场的寿命更长；核碎片的速度更低，所以磁场及其效应持续的时间更长。”

含义

现在科学家们有证据表明磁场在QGP中感应出电磁场，他们可以利用感应来探测QGP的电导率

“这是一个基本的、重要的性质，”沈说。“我们可以从集体运动的测量中推断出电导率的值。粒子偏转的程度与电磁场的强度和QGP中的电导率直接相关——以前没有人测量过QGP的电导率。”

了解QGP的基本电磁特性可以深入了解物理学中的重要问题。首先，根据粒子的“手性”或手性，诱导电磁效应的磁场可能有助于粒子的有趣分离

“这项研究提供了强有力的