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粒子对撞产生世界“最完美”液体
2012-01-22 09:23:22   编辑:Ruskin   点击可以复制本篇文章的标题和链接
 
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北京时间1月22日消息,据国外媒体报道,物理学界原先对于“液态”流体的极限存在定义,但是最新的研究显示在高能粒子对撞中产生的夸克-胶子等离子体状态下,这种流体的粘滞度可以更低,从而突破原有极限的限制。

流体的液态性可以有多高?这个问题正是维也纳技术大学的粒子物理学家们正在思考的。所谓“最完美的液体”和我们平时所熟悉的水完全不同,而是一种温度极高的夸克-胶子等离子体,它是在欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)设备中产生的。维也纳技术大学科学家的研究显示,这种特殊状态下的物质的粘滞度甚至可以比原先的理论计算极限值还要低。有关这一研究的论文已经在《物理评论快报》发表并被选为“编辑推荐”。

液体及其粘滞度

具有高粘滞度的液体(如蜂蜜),一般显得比较浓,具有较高的内部摩擦系数;而量子液体(如超流体液氦)则显示出极低的粘滞度。在2004年,理论物理学家们指出量子理论可以给出液体粘滞度更低的下限阈值。采用弦理论给出的方法,液体粘滞度相比熵密度的最低值预计可以达到ħ/4π(ħ是普朗克常数)。即使显示超流体性质的液氦的相关数值也还远高于这一极限阈值。

2005年,研究显示夸克-胶子等离子体所显示的粘滞度极低,几乎恰好位于这一极限阈值之上。但是根据维也纳技术大学理论物理研究所多米尼克·斯坦尼德(Dominik Steineder)的观点,这一纪录仍然可以打破。这是斯坦尼德在跟随导师阿坦·瑞汗(Anton Rebhan)教授做博士研究时提出的观点。

黑洞和粒子对撞

夸克-胶子等离子体的粘滞度无法进行直接计算,其行为表现极其复杂,因而需要应用到一些极为复杂的方法。正如阿坦·瑞汗教授所说的那样:“借助弦理论,夸克-胶子等离子体的量子场论可以被和更高维度下的黑洞物理相联系起来。因此我们现在所做的是尝试解决弦理论中给出的方程,随后将得到的结果应用到夸克-胶子等离子体物理中。”

先前给出的液体粘滞度最低阈值也正是使用相似的方法得到的。然而当时在进行这样的粘滞度计算时,其计算过程是建立在一个假设,即这些等离子体是对称的和各向同性的基础之上的。阿坦·瑞汗教授表示:“而在事实上,在粒子对撞中产生的等离子体从一开始就不是各向同性的。”所有粒子都沿着某一特定方向被加速并发生对撞,这样得到的等离子体也相应表现出不同的性质,这种性质的差异取决于观察者所处的不同角度。

突破极限

维也纳技术大学的物理学家们现在已经找到一种可行的方法,将等离子体的不对称性质包括进方程之中。让人惊喜的是,在这样一种新的条件之下,液体粘滞度的极限还可以被进一步降低。多米尼克解释说:“粘滞度取决于其它一些物理参数,但是其数值可以比原先给出的最低极限值更低。”而接下来在核子中心进行的新的对撞实验则将为检验这一新理论提供机会。(文/新浪科技)

欧洲核子中心进行的粒子对撞实验创造出粘滞度最低的“完美”液体
欧洲核子中心进行的粒子对撞实验创造出粘滞度最低的“完美”液体

粘滞度高的液体和粘滞度低的液体
粘滞度高的液体和粘滞度低的液体

新理论的提出者:维也纳技术大学理论物理研究所多米尼克·斯坦尼德和他的导师阿坦·瑞汗教授在一起
新理论的提出者:维也纳技术大学理论物理研究所多米尼克·斯坦尼德和他的导师阿坦·瑞汗教授在一起

 

 

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