

在瑞士和法国交界的地下深处,藏着一台27公里长的“巨无霸机器”——大型强子对撞机(LHC)。这玩意儿一启动,两束质子就以近乎光速的速度对撞,瞬间炸出一大堆亚原子碎片。
在咱们普通人眼里,这就是一场烧了无数钱的“微观烟花秀”,碎片飞得乱七八糟,压根没半点规律。可最近波兰科学家的新发现,直接把这个固有印象给推翻了。


混沌之下有乾坤,熵值不变破常识
我跟你讲,不光咱们觉得乱,就连物理学家们,也被这种“混乱”迷惑了好多年。质子可不是台球,撞一下就弹开,它们相撞后会直接“解体”,内部的夸克和胶子全被甩出来,形成一团温度极高、密度极大的“夸克胶子汤”。这团“汤”冷却得极快,夸克们又会迅速抱团,组成质子、中子这类强子,像下雨似的冲向探测器。
按咱们的常识想,这过程从整齐的质子,到混乱的“汤”,再到分散的强子,混乱程度肯定是一路飙升。

物理学里有个词叫“熵”,就是专门衡量混乱度的,照理说碰撞初期的熵值,得比最后强子飞出来时高一大截。可这个常识,偏偏让物理学家们犯了难。
因为量子力学里有个铁律:封闭系统里的信息不会凭空消失,也不会无故出现。要是碰撞前后熵值对不上,就说明咱们对微观世界的理解,可能存在巨大漏洞。直到2026年1月5日,波兰科学院核物理研究所的克日什托夫·库塔克教授和桑多尔·洛科斯博士团队,在《物理评论D》上发表了一项颠覆性研究,才算解开了这个谜团。

他们调取了LHC的ALICE、ATLAS、CMS和LHCb四大实验装置,十年间积累的海量数据,能量范围从0.2太电子伏特覆盖到13太电子伏特,几乎囊括了现有实验的所有情况。靠着一套改良的模型分析后,得出了一个让人震惊的结果:**碰撞前后的熵值,在误差允许范围内几乎完全相等**。
说句实在话,这就好比把一滴墨水滴进清水里,非但没扩散开来,反而慢慢缩回去变回了原样,违背了咱们日常的认知。

而团队能得出这个结论,核心就是升级了传统的偶极模型。他们给旧模型加入了复杂性理论方程,搞出了一套“广义偶极模型”。
这套新模型就像一张网眼加密的渔网,以前的旧模型只能捞到高能碰撞里的“大鱼”,对低能量下那些一闪而过的微弱粒子效应束手无策。现在有了新模型,这些细微的变化都能被精准捕捉,也正是靠它,才锁定了熵值守恒的关键证据。
这一发现可不只是解决了一个困扰学界多年的谜题,更硬核验证了量子力学里的幺正性原理。

简单解释下,幺正性原理说白了就是概率守恒,不管微观粒子怎么运动、变化,所有可能结果的概率加起来永远是1。这意味着,粒子碰撞过程中的每一点信息,都没有丢失,全都以另一种形式保留了下来。
库塔克教授也坦言,幺正性原理是每个物理系学生都要学的基础,也是量子色动力学的核心基石。但在粒子对撞这种极端复杂的真实实验中,凤凰彩票app下载亲眼见证这个原理成立,那种震撼感,远比在课本上看到的文字要强烈得多。就像你把一副扑克牌扔进碎纸机,理论上能根据碎片轨迹还原顺序,而这次实验,就是实打实证明了在微观世界里,这种“还原”真的存在。


新模当向导,AI与新设备拓前路
你发现没,这项研究刚一公布,后续的探索蓝图就已经铺好了。欧洲核子研究中心(CERN)下一任总干事马克·汤姆森就明确表示,人工智能将彻底改写粒子物理的研究模式,给这类前沿探索注入全新动力。
这可不是空话,LHC每秒能发生4000万次粒子碰撞,产生的数据量大到惊人。要是靠人工筛选,根本不可能完成,全靠AI在1微秒内快速甄别出有研究价值的数据,效率比十年前整整提升了20倍。可以说,没有AI的助力,很多微观粒子的奥秘,咱们可能永远都发现不了。

从另一个角度看,这次的研究成果也只是一个起点。LHC将于2026年完成最后一轮运行后,会停机升级三年,主要安装超高亮度设备。等到2030年重启后,它的粒子碰撞率将提升5到10倍,能捕捉到更多稀有粒子事件。届时,升级后的ALICE探测器精度也会同步提升,能深入到胶子密度更高的未知区域,给广义偶极模型做更严苛的测试,验证它在极端条件下是否依然成立。
除了LHC的升级,大洋彼岸正在建设的电子-离子对撞机(EIC)也备受学界期待。

和LHC的质子对撞不一样,质子对撞就像两群人乱拳互殴,场面混乱难控,而EIC是用电子去精准“解剖”质子,相当于用手术刀慢慢拆解,能提供更纯净、更可控的实验环境,避免无关粒子的干扰。
更值得一提的是,EIC的关键部件已经取得了重大突破。美国布鲁克海文国家实验室的科学家,研发出了世界上电压最高的极化电子枪,这玩意儿能在5厘米的空间内,把电子从零加速到光速的80%,相当于每小时8亿多公里,完成这一过程只需要二十亿分之一秒。

同时它还能控制电子的自旋方向,产生高密度的电子束,让粒子碰撞的成功率大幅提升。
未来,结合AI的数据分析能力和EIC的精准探测,科学家们有望捕捉到双希格斯玻色子事件,这类事件能帮咱们揭开更多宇宙底层规律,比如物质质量的起源、粒子间相互作用的本质等。而广义偶极模型,也会成为这些探索的核心工具,帮咱们在复杂的粒子数据中找到隐藏的秩序。

结语
宇宙从不是毫无章法的混乱狂欢,哪怕是粒子对撞这种极端场景,也逃不开底层秩序的约束。人类靠模型升级和数据挖掘,扒开了混沌的表象,看清了量子世界的守恒规矩。LHC升级、AI助力、EIC突破,每一步都在拉近咱们与宇宙真相的距离。所谓宇宙奥秘,不过是还没被发现的既定规则,而人类探索的脚步,永远不会停下。