粒子加速器通过将原子以接近光速对撞，揭示原子核物质的核心。这种高能碰撞会产生大量亚原子碎片，科学家可以研究这些碎片来重构物质的基本构成单元。

近日，美国麻省理工学院的研究人员利用世界上最强大的粒子加速器，通过粒子的“近失”事件发现了物质的新特性。这种方法将粒子加速器转变为一种新型显微镜，并导致了在维系物质结合的力方面发现了新的行为。3月26日，这项研究成果发表于《物理评论快报》。

科研人员通过分析光速粒子相互掠过时发生的情况，发现了强力的新特性。图源：MIT

在这项研究中，该团队报告了来自大型强子对撞机的实验结果。大型强子对撞机是位于瑞士日内瓦的一个大型地下环形加速器。麻省理工学院的团队没有关注该加速器的粒子碰撞，而是搜寻了粒子之间仅仅发生擦边而过的情况。

当粒子以接近光速运动时，它们被一个电磁晕包围，当粒子彼此靠近但未发生碰撞时，该电磁晕会变得扁平。这种被压扁的能量场会产生极高能量的光子。偶尔，一个粒子产生的光子会撞击到另一个粒子上，如同一束强烈的、量子尺度的光针。

研究团队能够从大型强子对撞机的粒子碰撞数据中挑选出这种近失的“光针”，即科学家所说的“光核相互作用”。他们发现，当某些光子撞击一个粒子时，会撞出一种被称为D⁰介子的亚原子粒子，科学家得以首次对其进行测量。

D⁰介子是一种包含粲夸克的亚原子粒子，粲夸克是一种稀有夸克，通常不存在于普通核物质中。夸克是所有物质的基本构成单元，它们被胶子结合在一起。胶子是无质量粒子，是维系物质结合的无形“胶水”，即“强力”。稀有的粲夸克只能在高能相互作用中产生。因此，它们为探测原子核内部的夸克和胶子提供了一个特别干净、明确的手段。

通过测量D⁰介子，研究人员可以估算胶子的紧密程度，并实质上估算粒子原子核内部强力的强度。

“我们的结果表明，当核物质被挤压在一起时，胶子的行为开始变得有趣。”该研究的第一作者、麻省理工学院物理学助理教授Gian Michele Innocenti说。“我们需要知道胶子在极端条件下的行为，因为胶子维系着宇宙的运转。在这一点上，光核相互作用是我们研究胶子行为的最佳手段。”

“我们正在约束当胶子被挤压在巨大且高速运动的离子内部时，它们会发生什么。”Innocenti说。“到目前为止，我们的数据证实了人们对高密度核物质的预期。实际上，这是我们首次证明这种测量是可行的。”

该团队正在努力提高测量的精度，以便更清晰地描绘夸克和胶子在原子核内部的排列方式。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/lckg-sdh9