【大紀元2026年04月23日訊】（大紀元記者薛止墨編譯報導）研究人員在高能質子碰撞中，首次直接探測到成對粒子從真空中被激發產生，這提供了迄今最明確的證據之一，顯示高能激發可以讓質量從看似「空無一物」的量子真空中具現化。

這項發現是近期美國布魯克黑文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory，BNL）在 RHIC（相對論重離子對撞機） 的STAR實驗成果，它重新詮釋了普通物質的大部分重量的來源，指出空間本身並非被動的背景舞台，而是一個充滿量子漲落、能夠與能量交互作用產生物質的媒介。

在質子相互撞擊後產生的大量碎片中，研究人員發現了一對彼此關聯的Λ（Lambda）重子與反Λ重子。它們展現出共同的自旋排列模式，而這種模式正符合物理學家預期：由真空中強場產生的奇異夸克（s夸克 ）對所應具有的特徵。

透過追蹤碰撞後留下的這種自旋模式，布魯克黑文國家實驗室（BNL）的涂周頓明（Zhoudunming Tu）證明，原始的自旋排列一直保留到最後被偵測到的粒子之中。

這種排列並不是立即消失，而是延續到壽命極短的超子（hyperons）之中；隨後這些粒子透過弱交互作用衰變，進一步揭示出它們的內部結構。

這種持續存在的特性，為「源自真空的有序結構究竟能維持多久」劃定了明確界限，也引出了更深層的問題：這種量子強場的有序性究竟如何轉化為可測量的質量。

當Λ粒子（Λ粒子是一類由三個夸克——一個u夸克、一個d夸克和一個s夸克——組成的重子）與反Λ粒子在角度上彼此接近時，研究人員觀測到它們具有18%的自旋相關性（spin correlation），其統計顯著性達到4.4個標準差。

若奇異夸克與反奇異夸克確實是從真空中因強場極化而誕生，並且在產生時便具有特定方向的自旋關聯，那麼理論預測正會出現這樣的排列訊號。

其它類型的粒子配對（如不包含真空創生奇異夸克的組合）並未顯示相同模式，因此主要訊號得以從一般碰撞產生的背景雜訊中清楚地凸顯出來。

這種鮮明的差異進一步支持了研究人員的看法：這些相互關聯的夸克對並非碰撞後隨機殘留下來的產物，而是源自真空中的特定生成機制（即量子色動力學真空的真空極化）。

Λ粒子之所以特別重要，是因為它們的衰變過程能夠完美保留其內部奇異夸克所攜帶的自旋資訊（即所謂的「自旋分析器」）。

當每個Λ粒子在不到一百億分之一秒內衰變時，其產生的子粒子（如質子與介子）的發射角度會透露母粒子原本的自旋方向。

因此，即使夸克本身因「夸克禁閉」而從未以單獨狀態被直接觀測到，研究人員仍能重建最初兩個粒子的自旋是否彼此對齊。

這種方法使原本轉瞬即逝的衰變鏈，成為一份可供解讀的記錄，幫助研究人員追溯粒子的真正來源。

現代物理學已不再將真空視為完全空白的虛無空間，因為其中的能量場持續產生量子漲落，不斷短暫地創生虛粒子對。

在量子色動力學（QCD，Quantum Chromodynamics）——也就是描述強力的理論——中，夸克彼此束縛得極其緊密，因此自由夸克無法單獨存在。

然而，在高能碰撞的劇烈條件下，外部注入的能量可以將這些轉瞬即逝的虛粒子對「提升」為真實存在的實粒子成分，並在碰撞後結合成為較大粒子的一部分。

正因如此，這項研究成果的重要性超越了單一探測器的範圍：它證明了真空是物質的主動來源，而不只是被動的背景。

希格斯場（Higgs field）仍然至關重要，因為它賦予基本粒子（如夸克和電子）最初的靜止質量。這一理論圖像已於2012年因歐洲核子研究組織（CERN）發現希格斯玻色子（Higgs boson）而獲得證實。

然而，質子與中子的實際質量，遠遠大於其內部各個夸克質量的簡單總和（夸克質量僅占不到1%）。

因此，其餘99%的大部分可見物質質量，來自於強交互作用力的膠子動力學能量，以及夸克與周圍「強交互作用真空」（手徵凝聚）交互作用產生的動態質量。

這項新發現雖然尚未徹底解開質量起源的所有謎團，但為物理學家提供了一種全新的實驗手段來研究它。

研究發現，隨著粒子對之間在相空間中的距離（如擬快度與方位角）增加，這種效應會逐漸減弱；彼此相隔較遠的粒子對失去了近距離粒子所展現的共同自旋排列。

研究人員將這種現象稱為「退相干」（decoherence），也就是量子有序性因與周圍複雜環境的交互作用而逐漸消散，使原本彼此關聯的系統失去同步。

當粒子對在探測器中的間距足夠大時，它們的自旋表現便與普通粒子無異，不再顯示特殊關聯。

這種衰減十分重要，因為它暗示：這個訊號是在粒子誕生之初的強場中就已存在，而不是後來由探測器測量過程人為產生的假象。

研究團隊必須檢驗各種競爭性解釋，因為在粒子碰撞中，許多不同過程同時發生時，往往會產生看似有意義的假訊號。

團隊將實驗數據與基準案例進行比較後發現，在K介子（kaon）粒子對（不涉及相同的真空夸克創生機制）以及標準的純幾何事件模擬中，都沒有觀察到相同的自旋相關性。

他們也檢視了其它可能的來源，包括傳統的膠子分裂（gluon splitting）以及粒子生成後的後期強烈交互作用（final-state interactions），結果認為這些因素無法完全解釋如此強烈的自旋關聯。

雖然這些檢驗尚未完全終結學界討論，但確實大幅縮小了其它較簡單解釋成立的空間。

STAR（Solenoidal Tracker at RHIC，RHIC的螺線管追蹤探測器）實驗裝置的設計目的，是追蹤高能碰撞所產生的大量粒子碎片。這座探測器體積如同一棟建築物般巨大，重約1,200噸，位於美國紐約州的布魯克黑文國家實驗室園區內。

而相對論性重離子對撞機（RHIC）在粒子物理學中也占有特殊地位，因為它是全球唯一能夠利用高能極化（自旋定向）質子束互相碰撞、專門研究自旋現象的大型加速器。

這種獨特組合使研究團隊不僅能研究產生了哪些粒子，更能追蹤粒子內部的自旋資訊如何在夸克禁閉（confinement）與強子化過程中傳遞。

這項成果為研究「真空結構、自旋以及質量起源」三者之間的關係，開啟了一條新的道路。

並非所有人都認為此案已塵埃落定，因為重建如此複雜的粒子碰撞事件，仍可能受到高能背景效應或尚未完全理論化的強子化模型影響。

涂周敦明則以簡潔的方式描述這項成果的意義：這項測量提供了一種新方法，讓我們能直接研究量子色動力學真空中夸克對的糾纏與產生機制。

未來的實驗運行將能測試更高動量的粒子、不同的對撞系統（如重離子碰撞），以及溫度更高的夸克膠子電漿體（QGP）環境；在這些條件下，真空本身的性質（如手徵對稱性是否恢復）也會有所改變。

這些後續研究有望揭示：目前觀測到的現象究竟只是特殊案例，還是反映了一條更普遍的自然法則。

如今，看似空無的真空，不再像一塊沉默無聲的背景幕布，而更像是塑造可見物質質量與結構的積極參與者。

物理學家仍未完全理解其中的全部機制，但他們終於獲得了一個可追蹤的訊號，能夠一路追隨從真空誕生的量子有序性，直到它轉化為可被探測的真實粒子。

這項研究發表於《自然》（Nature）期刊。◇

責任編輯：李琳#