当两个重离子以非常高的相对论能量碰撞时，它们会相互穿透，在此期间它们会变得兴奋并减速。这种“停止”过程可以通过实验产生，正如位于日内瓦(瑞士)的欧洲CERN研究中心的大型强子对撞机(LHC)所证明的那样。

然而，到目前为止，大型强子对撞机无法直接观察到停止过程。由海德堡大学物理学家GeorgWolschin教授领导的国际团队最近计算了大型强子对撞机在极高能量碰撞期间停止过程的样子。研究人员还希望获得对早期宇宙中物质原始状态的新见解，特别是夸克(质子和中子的物质成分)与胶子的相互作用。

重离子，如金或铅等较大质量原子的原子核，带正电，可以在电场中加速到接近光速。它们特别用于研究所谓的夸克-胶子等离子体。在物质的这种原始状态下，基本的夸克和胶子粒子在形成质子、中子或其他强相互作用粒子之前自由移动。

海德堡大学理论物理研究所的GeorgWolschin解释说，在大爆炸之后的早期宇宙中，有一种非常相似的奇异物质状态持续了大约10微秒。这种状态现在可以使用大型强子对撞机等粒子加速器非常短暂地产生大约10-23秒，但只能间接观察而不是直接观察。

“在重离子碰撞过程中，它们的速度会减慢，同时会产生新的基本粒子，”Wolschin教授解释说。尽管可以在较低能量下精确测量停止过程，但直到现在还不可能在非常高的LHC加速能量下以足够小的角度记录重离子的停止。

物理学家解释说，在大型强子对撞机上已经可以进行的垂直于光束的测量不足以获得完整的图像。GeorgWolschin与来自海德堡和日本的同事合作，使用非平衡统计模型来预测这个停止过程的样子。

物理学家的计算基于相对论扩散模型。该模型源自非平衡统计理论，并与量子色动力学——强相互作用理论——处理物理学四种基本力之一的理论——一致。研究人员首先将较低能量测量的现有数据与他们的模型进行了比较。

“使用我们的相对论扩散模型可以很好地描述这些数据，”Wolschin教授说。在此基础上，可以推导出重离子在大型强子对撞机万亿电子伏能量范围内较高加速能量下的停止行为的理论预测。然而，研究人员强调，为了能够将它们与实验测量数据进行比较，首先需要在大型强子对撞机上安装额外的测量设备。

利用他们的计算，研究人员预计未来在大型强子对撞机上进行的实验测量不仅可以确认预测的停止行为，还可以提供对胶子特性的新见解。在量子色动力学中，这些无质量粒子是强相互作用的载体粒子。

它们调节夸克之间的力，也间接负责原子核中质子和中子之间的吸引力。GeorgWolschin解释说，大型强子对撞机中的粒子碰撞会产生高温。在此过程中，胶子可以弹性相互作用，即不改变粒子数量，或非弹性相互作用，即产生或破坏粒子。

“通过弹性相互作用，原则上可以出现一种新的物质状态，即胶子凝聚体。应该可以推导出实现这种状态的条件，”这位海德堡物理学家解释道。

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