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新研究揭示了多數(shù)氘核的形成機(jī)制，有助于解讀宇宙射線(xiàn)信號(hào)與暗物質(zhì)線(xiàn)索。圖片來(lái)源：美國(guó)《每日科學(xué)》網(wǎng)站

德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)科學(xué)家借助歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的內(nèi)部碰撞，揭示了氘核及其反物質(zhì)粒子形成的奧秘。研究表明，這些脆弱的原子核并非誕生于宇宙大爆炸之初的混沌狀態(tài)，而是源自冷卻“火球”內(nèi)“超短命”高能粒子的衰變。這一進(jìn)展標(biāo)志著人類(lèi)向深入理解強(qiáng)核力前進(jìn)了一大步。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然》雜志。

強(qiáng)核力是維系原子核內(nèi)質(zhì)子與中子結(jié)合的基本力量，是自然界中四種基本力之一。

在LHC內(nèi)部，質(zhì)子以接近光速的速度相互碰撞，重現(xiàn)了類(lèi)似大爆炸后不久的極端環(huán)境，創(chuàng)造了獨(dú)一無(wú)二的高溫高能條件，使科學(xué)家能從最微觀層面探索物質(zhì)本質(zhì)，驗(yàn)證自然基本規(guī)律。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直困惑：僅由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子經(jīng)強(qiáng)核力結(jié)合而成的氘核，為何能在如此高溫下存在？按理說(shuō)，在極端條件下，這類(lèi)輕原子核應(yīng)瞬間瓦解，但實(shí)驗(yàn)卻持續(xù)觀測(cè)到它們的身影。

最新研究中，團(tuán)隊(duì)依托LHC上的大型離子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)（ALICE）發(fā)現(xiàn)：當(dāng)壽命極短的高能粒子發(fā)生衰變時(shí)，會(huì)釋放出構(gòu)成氘核等微小核所需的質(zhì)子和中子。這些粒子一旦釋放，便有機(jī)會(huì)結(jié)合形成氘核。同樣的機(jī)制也解釋了反氘核等反物質(zhì)的產(chǎn)生。數(shù)據(jù)顯示，約90%觀測(cè)到的（反）氘核均源于這一新發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，而非自宇宙大爆炸之初幸存。

ALICE致力于解析強(qiáng)核力的作用機(jī)制，其功能如同一臺(tái)巨型相機(jī)，能夠追蹤并重建單次碰撞產(chǎn)生的多達(dá)2000個(gè)粒子。借此，科學(xué)家得以重演宇宙早期景象，探索夸克與膠子的熾熱混合物如何逐步演化為穩(wěn)定的原子核，并最終構(gòu)成萬(wàn)物。

團(tuán)隊(duì)表示，此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)核物理研究意義深遠(yuǎn)，不僅推動(dòng)了對(duì)強(qiáng)核力的理解，也拓展了宇宙學(xué)研究的視野——輕原子核同樣形成于宇宙射線(xiàn)相互作用中，甚至可能為探索暗物質(zhì)提供線(xiàn)索。基于新發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家可進(jìn)一步完善粒子形成模型，從而更可靠地解讀宇宙觀測(cè)數(shù)據(jù)。