在世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）的深处，科学家们终于看到了数十年来一直难以捉摸的东西。他们指的是“扩散尾迹”（diffusion wake），这是快速夸克或胶子穿过夸克-胶子等离子体时留下的痕迹。夸克-胶子等离子体是一种超高温、超高密度的基本物质“汤”，类似于宇宙大爆炸后最初几微秒的状态。
想象一下：两个铅原子核被加速到接近光速，然后在CMS探测器中发生碰撞。此刻，夸克-胶子等离子体诞生了——在这种环境中，夸克和胶子（partons）可以自由存在，而不被束缚在质子和中子内部。当一个高能部分子穿过这种等离子体时，它会损失能量和动量，在其身后留下一个类似船只在水中留下的尾迹的扰动。该理论早在20多年前就预测了这种效应，但实验上一直未能确切捕捉到——信号在其他过程的背景下太弱了。
此前，科学家们在具有喷流（粒子流）和Z玻色子的事件中寻找痕迹，但其他效应产生的噪声掩盖了情况。由伊利诺伊大学芝加哥分校（UIC）的研究人员（包括Raghunath Pradhan和Olga Evdokimov）领导的团队采用了新的方法。他们专注于“双喷流”事件——即两个喷流几乎朝相反方向喷出。这使得更好地将尾迹信号与背景区分开来成为可能。
对能量为5.02 TeV/核子的铅-铅碰撞数据的分析显示出清晰的图像：在喷流之后，观察到低动量（1-2 GeV范围内）粒子明显减少。这种效应在中等、更“稠密”的碰撞中得到增强，因为这些碰撞产生的等离子体更多。显著性超过了五个标准偏差——这是粒子物理学中被认为是可靠发现的水平。
“这是多年搜寻的顶峰，”Olga Evdokimov评论道。“对扩散尾迹的观测和量化为了精确表征夸克-胶子等离子体的性质打开了大门，并为早期宇宙的演化提供了新的见解。”
该结果已被接受发表在Physical Review Letters（论文HIN-25-012）上，它不仅仅是证实了理论。它有助于更好地理解物质在宇宙最初时刻的行为——当第一个质子、中子以及最终所有可见宇宙从这种等离子体中形成时。等离子体表现得像一种理想流体，与穿过它的粒子强烈相互作用，而不是像稀薄的气体。
对于公众来说，这提醒我们地球上的实验室如何让我们得以一窥无法直接观测到的条件。在对撞机中捕捉到的每一个新的“踪迹”，都让我们更接近于理解有序的宇宙，我们存在于其中，是如何从最初时刻的混乱中产生的。而探索，当然还在继续。
