【大.纪.元;2026年04月23日讯】（大.纪.元;记者薛止墨编译报导）研究人员在高能质子碰撞中，首次直接探测到成对粒子从真空中被激发产生，这提供了迄今最明确的证据之一，显示高能激发可以让质量从看似“空无一物”的量子真空中具现化。

这项发现是近期美国布鲁克黑文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）在 RHIC（相对论重离子对撞机） 的STAR实验成果，它重新诠释了普通物质的大部分重量的来源，指出空间本身并非被动的背景舞台，而是一个充满量子涨落、能够与能量交互作用产生物质的媒介。

在质子相互撞击后产生的大量碎片中，研究人员发现了一对彼此关联的Λ（Lambda）重子与反Λ重子。它们展现出共同的自旋排列模式，而这种模式正符合物理学家预期：由真空中强场产生的奇异夸克（s夸克 ）对所应具有的特征。

透过追踪碰撞后留下的这种自旋模式，布鲁克黑文国家实验室（BNL）的涂周顿明（Zhoudunming Tu）证明，原始的自旋排列一直保留到最后被侦测到的粒子之中。

这种排列并不是立即消失，而是延续到寿命极短的超子（hyperons）之中；随后这些粒子透过弱交互作用衰变，进一步揭示出它们的内部结构。

这种持续存在的特性，为“源自真空的有序结构究竟能维持多久”划定了明确界限，也引出了更深层的问题：这种量子强场的有序性究竟如何转化为可测量的质量。

当Λ粒子（Λ粒子是一类由三个夸克——一个u夸克、一个d夸克和一个s夸克——组成的重子）与反Λ粒子在角度上彼此接近时，研究人员观测到它们具有18%的自旋相关性（spin correlation），其统计显著性达到4.4个标准差。

若奇异夸克与反奇异夸克确实是从真空中因强场极化而诞生，并且在产生时便具有特定方向的自旋关联，那么理论预测正会出现这样的排列讯号。

其它类型的粒子配对（如不包含真空创生奇异夸克的组合）并未显示相同模式，因此主要讯号得以从一般碰撞产生的背景杂讯中清楚地凸显出来。

这种鲜明的差异进一步支持了研究人员的看法：这些相互关联的夸克对并非碰撞后随机残留下来的产物，而是源自真空中的特定生成机制（即量子色动力学真空的真空极化）。

Λ粒子之所以特别重要，是因为它们的衰变过程能够完美保留其内部奇异夸克所携带的自旋资讯（即所谓的“自旋分析器”）。

当每个Λ粒子在不到一百亿分之一秒内衰变时，其产生的子粒子（如质子与介子）的发射角度会透露母粒子原本的自旋方向。

因此，即使夸克本身因“夸克禁闭”而从未以单独状态被直接观测到，研究人员仍能重建最初两个粒子的自旋是否彼此对齐。

这种方法使原本转瞬即逝的衰变链，成为一份可供解读的记录，帮助研究人员追溯粒子的真正来源。

现代物理学已不再将真空视为完全空白的虚无空间，因为其中的能量场持续产生量子涨落，不断短暂地创生虚粒子对。

在量子色动力学（QCD，Quantum Chromodynamics）——也就是描述强力的理论——中，夸克彼此束缚得极其紧密，因此自由夸克无法单独存在。

然而，在高能碰撞的剧烈条件下，外部注入的能量可以将这些转瞬即逝的虚粒子对“提升”为真实存在的实粒子成分，并在碰撞后结合成为较大粒子的一部分。

正因如此，这项研究成果的重要性超越了单一探测器的范围：它证明了真空是物质的主动来源，而不只是被动的背景。

希格斯场（Higgs field）仍然至关重要，因为它赋予基本粒子（如夸克和电子）最初的静止质量。这一理论图像已于2012年因欧洲核子研究组织（CERN）发现希格斯玻色子（Higgs boson）而获得证实。

然而，质子与中子的实际质量，远远大于其内部各个夸克质量的简单总和（夸克质量仅占不到1%）。

因此，其余99%的大部分可见物质质量，来自于强交互作用力的胶子动力学能量，以及夸克与周围“强交互作用真空”（手征凝聚）交互作用产生的动态质量。

这项新发现虽然尚未彻底解开质量起源的所有谜团，但为物理学家提供了一种全新的实验手段来研究它。

研究发现，随着粒子对之间在相空间中的距离（如拟快度与方位角）增加，这种效应会逐渐减弱；彼此相隔较远的粒子对失去了近距离粒子所展现的共同自旋排列。

研究人员将这种现象称为“退相干”（decoherence），也就是量子有序性因与周围复杂环境的交互作用而逐渐消散，使原本彼此关联的系统失去同步。

当粒子对在探测器中的间距足够大时，它们的自旋表现便与普通粒子无异，不再显示特殊关联。

这种衰减十分重要，因为它暗示：这个讯号是在粒子诞生之初的强场中就已存在，而不是后来由探测器测量过程人为产生的假象。

研究团队必须检验各种竞争性解释，因为在粒子碰撞中，许多不同过程同时发生时，往往会产生看似有意义的假讯号。

团队将实验数据与基准案例进行比较后发现，在K介子（kaon）粒子对（不涉及相同的真空夸克创生机制）以及标准的纯几何事件模拟中，都没有观察到相同的自旋相关性。

他们也检视了其它可能的来源，包括传统的胶子分裂（gluon splitting）以及粒子生成后的后期强烈交互作用（final-state interactions），结果认为这些因素无法完全解释如此强烈的自旋关联。

虽然这些检验尚未完全终结学界讨论，但确实大幅缩小了其它较简单解释成立的空间。

STAR（Solenoidal Tracker at RHIC，RHIC的螺线管追踪探测器）实验装置的设计目的，是追踪高能碰撞所产生的大量粒子碎片。这座探测器体积如同一栋建筑物般巨大，重约1,200吨，位于美国纽约州的布鲁克黑文国家实验室园区内。

而相对论性重离子对撞机（RHIC）在粒子物理学中也占有特殊地位，因为它是全球唯一能够利用高能极化（自旋定向）质子束互相碰撞、专门研究自旋现象的大型加速器。

这种独特组合使研究团队不仅能研究产生了哪些粒子，更能追踪粒子内部的自旋资讯如何在夸克禁闭（confinement）与强子化过程中传递。

这项成果为研究“真空结构、自旋以及质量起源”三者之间的关系，开启了一条新的道路。

并非所有人都认为此案已尘埃落定，因为重建如此复杂的粒子碰撞事件，仍可能受到高能背景效应或尚未完全理论化的强子化模型影响。

涂周敦明则以简洁的方式描述这项成果的意义：这项测量提供了一种新方法，让我们能直接研究量子色动力学真空中夸克对的纠缠与产生机制。

未来的实验运行将能测试更高动量的粒子、不同的对撞系统（如重离子碰撞），以及温度更高的夸克胶子电浆体（QGP）环境；在这些条件下，真空本身的性质（如手征对称性是否恢复）也会有所改变。

这些后续研究有望揭示：目前观测到的现象究竟只是特殊案例，还是反映了一条更普遍的自然法则。

如今，看似空无的真空，不再像一块沉默无声的背景幕布，而更像是塑造可见物质质量与结构的积极参与者。

物理学家仍未完全理解其中的全部机制，但他们终于获得了一个可追踪的讯号，能够一路追随从真空诞生的量子有序性，直到它转化为可被探测的真实粒子。

这项研究发表于《自然》（Nature）期刊。◇

责任编辑：李琳#