量子漩涡的启示：科学家找到区分夸克和核子液体的“独特舞姿”

IT之家 1 月 2 日消息，物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核和电子组成的，而原子核是由质子、中子（统称核子）组成的，而质子和中子又是由夸克组成的。

在高密度下粉碎后，原子核会溶解成核子液体，而在更高密度下，核子本身也会溶解成夸克液体。

那么核子液体和夸克液体是否有本质区别？科学家最新理论结果显示，两种液体是不同的。这两种液体在旋转时都会产生漩涡，不过在夸克液体中，漩涡会携带一种“彩色磁场”，类似于普通磁场，而在核子液体中则没有这种效应。

因此通过漩涡，可以明显区分核子液体和夸克液体 。

夸克液体和核子液体的影响

原子核内的夸克和核子通过强核力相互作用，这种力有种有趣的特性，在学术界将其称为“禁闭”（confinement）。

IT之家注：夸克禁闭，也称为色禁闭，是一种量子场论的现象，描述单独的夸克在低能量的环境中无法存在。

由于强相互作用力，带色荷的夸克被限制和其他夸克在一起，使得总色荷为零。夸克之间的作用力随着距离的增加而增加，因此而不能发现单独存在的夸克。

使用理论工具来描述或精确定义“禁闭”也很困难。这项研究利用涡旋特性来区分夸克液体和核子液体，解决了这个长期存在的问题。

它表明，在某种精确意义上，致密夸克液体不具有“禁闭”特性，而核子液体具有“禁闭”特性。

挑战传统理论

在量子色动力学（Quantum chromodynamics，物理学中描述强力作用的理论）中，核物质和夸克物质的区别在于，是否存在相变（强相互作用）。

而另一个问题是如何对“禁闭”进行明确的定义。科学家过去对两个问题的探讨，提出了朗道 — 金兹堡相变理论，认为核物质和夸克物质差别并不明显，意味着量子色动力学中无法明确定义“禁闭”。

而这项新研究采用了物理学家在过去 40 年中发现的一套新工具，挑战上述结论。

这些工具可以检测到材料中的拓扑转变，而这些转变并不符合以前的范式。

而且这套工具应用于量子色动力学研究后，揭示了夸克物质和核物质是截然不同的。这一结果还表明，在致密量子色动力学中可以严格定义“禁闭”。

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