【2024年03月21日訊】（記者林達編譯報導）在傳統物理學中，磁星（magnetar）被公認為磁力之王，然而在夸克–膠子等離子體中觀測到的量子磁場，其強度卻是前者的10,000倍。物理學家在一項新實驗中記錄下了一個極為強大的磁場，這是由原子偏心重核碰撞事件產生的。
深入了解夸克–膠子等離子體的特性，將有助於物理學家揭開宇宙在大爆炸後不久的神秘面紗，並解開物質如何主宰宇宙演化的終極之謎。
宇宙是一個磁場極端強烈的空間。舉例來說，磁星能夠產生超過100兆高斯的強磁場，相較之下，你的冰箱貼的磁鐵產生的磁場強度僅約100高斯。這種極端的磁場強度足以使星體形狀扭曲，從而向宇宙發射出引力波。
聽起來相當震撼，不是嗎？然而，這種能夠改變時空結構的磁場，與量子世界中生成的磁場相比，還差得遠呢。
在紐約州布魯克黑文國家實驗室的相對論性重離子對撞機上進行的一項新研究中，科學家記錄到了一場重原子核偏心碰撞後形成的夸克-膠子漿中的一個「超強」磁場。根據2月23日發表在《物理評論X》期刊的研究結果，這個磁場的強度是磁星的10,000倍。
「那些快速移動的正電荷應該會產生非常強的磁場，估計為10¹⁸高斯，」合著者、來自加州大學洛杉磯分校的恆星物理學家王剛（Gang Wang，音譯）在一份新聞聲明中表示，「這可能是我們宇宙中最強的磁場。」
利用對撞機的實驗方法
科學家們利用房屋大小的對撞機追蹤了重離子發生偏心碰撞後的軌跡。理論預測，這樣的碰撞應該會產生強磁場，因為一些未參與碰撞的帶正電的質子和不帶電的中子，當其以接近光速通過時，會在產生的誇克-膠子等離子體中旋轉。
排除了產生如此強磁場的其它原因後，研究人員發現了一種「電荷相關偏轉」（charge-dependent deflection）現象，這種偏轉只能由法拉第感應現象引起，即由強磁場的快速衰減引起。這種相互作用影響了帶電粒子的軌跡，科學家們隨後能夠測量這種影響。
這是一件好事，因為與磁星在其整個生命週期中只產生的強磁場不同，這些由偏心碰撞產生的超強磁場僅發生在百萬分之十億分之十億分之一秒。這使得它無法單獨被捕獲，但其影響可從亞原子粒子產生的散射中觀測到。
「我們可從系統整體運動的測量中推斷出電導率的值」，合著者、中國復旦大學的恆星物理學家沈弟瑜 （Diyu Shen，音譯）在一份新聞聲明中表示，「粒子偏轉的程度與夸克-膠子等離子體中的電磁場強度和電導率直接相關，而且之前沒有人測量過夸克-膠子等離子體的電導率。」
了解夸克-膠子等離子體的特性有助於物理學家探索宇宙大爆炸後不久，在自由漫遊的夸克和膠子結合成強子（從而形成原子的質子和中子）之前的宇宙是什麼樣子。這些碰撞也應該有助於專家們探究手性磁效應（CME）的複雜性。
所以，雖然宏觀宇宙中確實存在大量強磁場，但微觀量子世界也能生成它獨特的超強磁場，完全不輸給宏觀世界。◇
