近日，一支由中、意、加、德等国科学家组成的国际研究团队，提出了一种探测夸克胶子等离子体（QGP）内部结构的新方法，为破解宇宙“原始汤”的微观之谜提供了新的可能，相关成果刊发于《物理评论快报》，并登上该杂志春节后首期封面。

论文作者包括意大利佛罗伦萨大学博士后盛欣力（前华中师范大学博后）、加拿大麦吉尔大学博士后吴祥宇（华中师范大学博士毕业生）、德国法兰克福大学教授Dirk Rischke和华中师范大学教授王新年。

《物理评论快报》封面示意图。华中师范大学供图

据介绍，宇宙大爆炸后极短瞬间，存在一种极端高温高密的物质形态，被物理学家称为夸克胶子等离子体，也被形象地比作宇宙的“原始汤”。科学家通过开展高能重离子碰撞实验，能够瞬时重现这种物质状态，但对其内部微观结构，尤其是强相互作用场的涨落（即“波纹”），一直知之甚少。

早在2004年，王新年和山东大学的教授梁作堂在其合作的文章中就提出：当重离子发生碰撞时，产生的“原始汤”不仅极热，而且具有很大的整体涡旋流。这种整体的“原始涡旋流”，会带动汤里的微观粒子像一个个小陀螺一样，朝着同一个方向自旋，从而导致一种叫做“超子”的粒子自旋的整体极化。这个“微观陀螺”的早期的预言在十年前在实验中终于被成功证实。

当这锅“汤”冷却变成我们常见的粒子时，其矢量介子内部是由一个夸克和一个反夸克组成的，它们的自旋方向有一种无法解释的“同步性”（自旋关联），就像跳双人舞一样。如果仅仅是因为“汤在旋转”，已经测量到的“微观陀螺”无法解释实验中观测到的这种很强的双人舞现象。此前，团队的部分科学家猜测：这可能是因为“汤”的内部并不平滑，而是充满了微观的“波纹和震荡”，从而导致实验观测到矢量介子的自旋取向。

为了验证这些猜想，研究团队将目光转向超子自旋关联。借助超级计算机模拟，他们发现了一个有趣的规律：如果粒子的自旋仅仅是因为“汤在整体旋转”，那么同种（粒子之间或反粒子之间）粒子之间的自旋同步性是一样的。但如果是因为强相互作用“微观波纹的震荡”，同种粒子和异种粒子（粒子与反粒子）的自旋同步性大小一样，但方向却完全相反。

基于这一区别，团队提出一个全新观测指标，“超子净自旋关联”。简单来说，就是用实验测出同种粒子的同步性，再减去异种粒子的同步性。因为两相一减，那些由“整体旋转”造成的关联就被完全抵消、剔除掉了，剩下的就是微观“波纹”造成的影响。

汪新年介绍，这种巧妙的“相减法”，为物理学家们提供了一个全新、精准且可以在实验室里检验的工具。它不仅证实微观的“波纹和震荡”可以导致实验观测到矢量介子的自旋取向，更让人们可以用自旋关联这一新的“透视镜”来窥探到宇宙“原始汤”内部的隐藏结构。

相关文章链接：https://doi.org/10.1103/z5kk-98my