“完美流体 ”新扫描技术：让我们更接近于了解我们宇宙是如何开始的

而就在15年前，包括来自劳伦斯伯克利国家实验室相对论核碰撞(RNC)小组的研究人员在内的一个国际团队发现，这种夸克-胶子等离子体是一种完美的流体--其中夸克和胶子即质子和中子的组成部分是如此强烈的耦合，它们的流动几乎没有摩擦。

科学家们推测，高能量的粒子喷流飞过夸克-胶子等离子体--一个原子核大小的液滴--其速度快于音速并且像快速飞行的喷流一样，另外还会发出一种称为马赫波的超音速轰鸣。为了研究这些喷气粒子的特性，2014年，由伯克利实验室科学家领导的一个团队开创了一种称为喷气断层扫描的原子X射线成像技术。这些开创性的研究结果显示，这些射流在通过夸克胶子等离子体传播时散射并失去能量。

但喷射粒子在夸克-胶子等离子体中的旅程又是从哪里开始呢？科学家们预测，一个较小的马赫波信号即扩散尾流，会告诉人们该去哪里找。然而尽管能量损失很容易观察到，但马赫波和伴随的扩散尾流仍难以捉摸。

现在，来自伯克利实验室的科学家们最近近发表在《Physical Review Letters》上报告了模型模拟的新结果，其显示他们发明的另一项技术--二维喷射断层扫描可以帮助研究人员找到扩散尾流的幽灵信号。

“它的信号是如此之小，就像在一万个粒子的干草堆里找一根针，”研究负责人、伯克利实验室核科学部高级科学家Xin-Nian Wang说道，“”们的模拟首次表明，人们可以使用二维喷射断层成像技术来拾取夸克胶子等离子体中扩散尾流的微小信号。”

为了在夸克-胶子干草堆中找到那根超音速的针，伯克利实验室的团队从欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)模拟的数十万次铅核碰撞事件和布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)的金核碰撞事件中挑选出来。目前研究的一些计算机模拟是在伯克利实验室的NERSC超级计算机用户设施中进行的。

Wang指出，他们的独特方法将帮助研究人员摆脱干草堆中的所有这些干草--帮助其专注于寻找那根针。喷射粒子的超音速信号有着一个独特的形状，看起来像一个圆锥体--它的后面拖着一个扩散尾流，就像快速移动的船只尾流中的水波纹。科学家们一直在寻找这种超音速"wakelet"的证据。一旦扩散尾流位于夸克胶子等离子体中，则就可以将其信号跟背景中的其他粒子区分开来。

他们的工作还将帮助大型强子对撞机和RHIC的实验者了解在他们寻求了解夸克-胶子等离子体如何演变成物质的过程中应该寻找哪些信号。“我们是由什么构成的？在大爆炸后的几微秒内，新生的宇宙是什么样子的？这仍是一项正在进行的工作，但我们对长期寻找的扩散唤醒的模拟使我们更接近于回答这些问题，”Wang说道。