宇宙中最强的磁场可能就在地球上

知新了了 2024-02-26 15:39:25

在宇宙中的某些地方,物质变得如此严重地扭曲,以至于磁力成长为一种不可想象的力量。这些高度动态的中子星被称为磁星,其引力致密的核心将磁场集中到大约100万亿高斯的强度。

然而,在地球上可能有一些区域,那里微小的磁场闪烁着,其强度却远远超过这些宇宙怪物。

美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)对粒子相互作用的分析发现,在各种重离子原子核碰撞产生的物质喷雾上,留下了破纪录的磁场痕迹。

通过测量更小的夸克和胶子粒子在偏离中心的碰撞中释放出来的碎片,物理学家已经深入了解了在原子深处起作用的力。

美国能源部RHIC(STAR)合作项目螺线跟踪器的物理学家沈迪宇(音译)说:“这是第一次测量磁场如何与夸克-胶子等离子体(QGP)相互作用。”

夸克是在量子风暴中忽明忽暗的基本粒子,它们的相互作用由短暂存在的胶子粒子控制,胶子将夸克和反夸克风暴结合成构成所有原子的质子和中子。

了解夸克和反夸克是如何在它们短暂的生命周期内潜入核粒子内部的,有助于物理学家更好地从头开始理解物质的构造,然而,但原子核心的空间不适合胆小者。

虽然,理论上可以利用手性磁效应来绘制夸克和它们带相反电荷的反夸克双胞胎的活动图,但实际上,暴露在外的夸克和胶子构成的迷雾中的电磁场太短暂,无法观测到,很快就会被竞争电流所淹没。

物理学家认为,在一种情况下,不完全在中心的重原子核之间的碰撞可能会产生一个方便的磁场。

通过相互夹击,大质量束中的质子将被送入一个带电荷的漩涡,从而产生一个强大的磁涡流 —— 如此强大,它们可以比震动的中子星产生更多的高斯。

STAR物理学家王刚(音译)说:“这些快速移动的正电荷应该会产生一个非常强的磁场,预计为1018高斯。这可能是我们宇宙中最强的磁场。”

这将使这些磁闪的强度是最强大的磁星的1万倍,比典型冰箱磁铁的100高斯强10千万亿倍。

当磁星可以在数万年的时间里大量制造出它们的磁旋涡时,这些由质子引起的磁爆只会持续十亿分之一秒,使得人们不可能看到磁场本身。

然而,它的存在仍然会被碰撞释放出来的带电夸克感觉到。

通过将金原子核以不同的能量相互碰撞,以及钌和锆的相互碰撞,研究人员能够筛选残留物,并识别出表明磁场存在的粒子所经过的路径。

知道了这一点,他们就可以测量粒子的分布,从而提供关于夸克-胶子等离子体电导率的重要细节。

物理学家沈迪宇表示:“我们可以从集体运动的测量中推断出电导率的值。粒子偏转的程度与QGP中的电磁场强度和电导率直接相关,之前没有人测量过QGP的电导率。”

这项研究发表在《物理评论X》上。

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