根据理论预言，在宇宙大爆炸后百万分之一秒内，核子尚未形成，物质处于一种由自由夸克和胶子组成的炽热“浓汤”状态。这种物质形态被称为是夸克胶子等离子体（QGP）。寻找夸克胶子等离子体存在的确凿证据，对理解宇宙演化具有重要意义。长期以来，组分夸克标度律被广泛认为是夸克胶子等离子体形成的关键证据。

近期，中国科学院近代物理研究所科研人员通过理论研究发现，组分夸克标度律作为夸克胶子等离子体相变探针的作用在小于3.9 GeV的低能区失效。相关成果发表于《物理快报B》（Physics Letters B）。

科研人员利用改进的多相输运模型，系统模拟了碰撞质心能在3.0−7.7GeV能区的金核碰撞。研究发现，即使碰撞中产生了自由夸克，组分夸克标度律也会在低能量（3.0 GeV）附近失效。而随着能量升高到3.9 GeV以上，标度律又逐渐恢复。

进一步研究表明，这一异常现象的根源在于双重动力学限制：夸克热化不足导致椭圆流未充分发展，同时奇异夸克极端稀缺引发K+等强子的统计涨落。该发现对组分夸克标度律作为夸克胶子等离子体相变判断依据的可靠性提出了质疑。

此外，研究团队还模拟了完全不存在自由夸克的纯强子模式，发现在碰撞质心能为4.5 GeV时出现了质量排序效应：在相同运动速度下，较轻的粒子比重的粒子表现出更强的集体流动偏好。该模拟表明，即使系统没有达到完全的热平衡，也能产生类似流体膨胀的效果，挑战了“质量排序必须源于完全流体力学行为”的传统认知。

这项研究不仅修正了对夸克胶子等离子体相变关键探针的认知，揭示了低能区复杂的动力学过程，也为未来在国内外大科学装置上更精准地探测夸克物质和相变临界点提供了新视角。

本研究由近代物理所雍高产研究员团队完成，得到了国家自然科学基金委和中国科学院青年团队计划项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.139752

图：重离子碰撞强子椭圆流标度随碰撞质心能变化情况。上（下）8窗图分别为有（无）QGP生成的情况。

（理论物理室    供稿）