在探索宇宙起源的征程中，科学家借助全球最强大的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC），取得了关于早期宇宙物质状态的新突破。这种位于法国阿尔卑斯山脉地下的环形设备，周长近27.4公里，通过将铁原子核加速至接近光速后对撞，成功重现了宇宙大爆炸后瞬间充斥整个空间的夸克-胶子等离子体。该研究由欧洲核子研究中心（CERN）主导的ALICE（大型离子对撞机实验）合作组完成。
传统理论认为，夸克-胶子等离子体仅能在重离子对撞等大规模碰撞中产生。然而，ALICE团队在质子-质子、质子-铅以及铅-铅三种不同规模的对撞实验中，均观测到相似的粒子流动模式。这一发现表明，形成这种原始物质的碰撞规模可能比此前认为的更小。研究负责人指出，即使在粒子数量较少的质子对撞中，仍能观察到夸克体系膨胀的迹象，这为理解早期宇宙物质演化提供了全新视角。
实验中，科学家重点分析了粒子发射的各向异性流特征——即粒子并非均匀散射，而是沿特定方向集中喷射。数据显示，由三个夸克组成的重子比由两个夸克构成的介子表现出更强的流动效应。研究人员推测，这种差异与夸克聚合形成更大粒子的过程密切相关：重子因包含更多夸克，在膨胀过程中受到的流动影响更为显著。通过对比不同对撞系统产生的介子与重子流动模式，团队证实轻粒子对撞在中等速度下同样遵循这一规律。
ALICE实验物理协调员戴维·奇内拉托强调，研究首次在部分质子对撞产生的高粒子密度区域中，于较大动量范围内观测到多种粒子的流动模式。这一现象与包含夸克聚合效应的理论模型高度吻合，而未考虑该机制的模型则无法解释观测结果。不过，现有模型仍无法完全复现所有实验数据，特别是某些极端条件下的流动差异。
为进一步验证理论，研究团队提出需开展质子与铁等中间尺度粒子的对撞实验。ALICE发言人凯·施韦达透露，2025年记录的氧核对撞数据将成为关键——这类实验填补了质子对撞与铅核对撞之间的研究空白，有望揭示夸克-胶子等离子体在不同系统中的本质差异。相关论文已于3月20日发表于《自然·通讯》期刊，为人类理解宇宙诞生后的极端环境提供了重要依据。
