中子星之間的碰撞是令人著迷的宇宙事件，中子星碰撞產(chǎn)生了許多化學元素的形成，在這些碰撞中，溫度呈指數(shù)級增長，通常高達幾千億攝氏度。

哈德斯合作組織(HADES collaboration)是一個由來自世界各地，不同大學的大型研究團隊組成，現(xiàn)在在實驗室環(huán)境中首次收集了中子星碰撞過程中產(chǎn)生的熱電磁輻射(稱為黑體輻射)測量數(shù)據(jù)。發(fā)表在《自然物理》期刊上的研究，概述了研究成果，觀測到的溫度約為8000億攝氏度，與中子星碰撞時的溫度相當。

哈德斯合作組織的發(fā)言人Joachim Stroth表示：在研究中，正面撞碎了相對論能量下的原子核(例如金原子核)。這條件下產(chǎn)生物質的形式，只有中子星能達到，當中子星合并時，溫度可以達到實驗中的溫度，這就是為什么科學家們可以在實驗室里形成一種宇宙物質。在研究中，使用了GSI/FAIR加速器中心的哈德斯探測器系統(tǒng)，來收集關于兩個重原子核在相對論能量下碰撞的新見解。這使得研究人員能夠在實驗室中對極端類宇宙物質狀態(tài)的微觀特性進行深入觀察。

研究人員特別創(chuàng)造了量子色動力學(QCD)物質，作為一個瞬態(tài)碰撞重離子。這類物質可以存在于不同的階段，取決于一系列的因素，包括溫度、壓力和壓化學勢。通過觀察量子色動力學物質的狀態(tài)，研究人員希望能更好地理解中子星碰撞。著手研究的一個關鍵問題是，作為物質基本組成部分的原子核成分，能否在極端條件下改變它們的性質。研究測量了碰撞中形成“火球”所發(fā)出的電磁輻射，這種輻射能告訴我們很多關于成分的性質。

然而，這是一個很難達到的測量，因為火球的壽命很短(10^-22秒)，輻射很少被釋放。強子是由反夸克的三個夸克(重子)和夸克(介子)在強力作用下結合而成的復合粒子。當這些粒子衰變時，它們有時會產(chǎn)生虛擬光子，這些光子無法直接被探測到，因為它們的存在違反了能量和動量守恒定律。這些虛擬光子攜帶著所有關于衰變亞原子粒子的信息，它們也會立即衰變成一對電子(即電子和正電子),在研究中，用光譜儀檢測到了這些粒子。觀察到碰撞區(qū)域的溫度可以達到8千億度，密度可以達到核飽和密度的三倍。

研究發(fā)現(xiàn)，在這樣的條件下，物質的組成部分發(fā)生了實質性變化。這也意味著物質的性質非常不同。哈德斯合作組織合作是第一個成功測量溫度的研究團隊，類似于在實驗室環(huán)境中發(fā)生的中子星碰撞。該發(fā)現(xiàn)可以極大地提高目前對中子星合并事件的科學理解，同時也有助于了解基本夸克和膠子產(chǎn)生物質的過程。目前正在為建造一個后繼者實驗，這個實驗將從2025年開始在新的費爾實驗室進行，有了這個探測器，將能夠把測量范圍擴大到更高的溫度和密度。

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參考期刊《自然物理學》

DOI: 10.1038/s41567-019-0583-8

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