在探索宇宙起源的征程中，科學家借助全球最強大的粒子加速器——大型強子對撞機（LHC），取得了關于早期宇宙物質狀態的新突破。這種位于法國阿爾卑斯山脈地下的環形設備，周長近27.4公里，通過將鐵原子核加速至接近光速后對撞，成功重現了宇宙大爆炸后瞬間充斥整個空間的夸克-膠子等離子體。該研究由歐洲核子研究中心（CERN）主導的ALICE（大型離子對撞機實驗）合作組完成。

傳統理論認為，夸克-膠子等離子體僅能在重離子對撞等大規模碰撞中產生。然而，ALICE團隊在質子-質子、質子-鉛以及鉛-鉛三種不同規模的對撞實驗中，均觀測到相似的粒子流動模式。這一發現表明，形成這種原始物質的碰撞規模可能比此前認為的更小。研究負責人指出，即使在粒子數量較少的質子對撞中，仍能觀察到夸克體系膨脹的跡象，這為理解早期宇宙物質演化提供了全新視角。

實驗中，科學家重點分析了粒子發射的各向異性流特征——即粒子并非均勻散射，而是沿特定方向集中噴射。數據顯示，由三個夸克組成的重子比由兩個夸克構成的介子表現出更強的流動效應。研究人員推測，這種差異與夸克聚合形成更大粒子的過程密切相關：重子因包含更多夸克，在膨脹過程中受到的流動影響更為顯著。通過對比不同對撞系統產生的介子與重子流動模式，團隊證實輕粒子對撞在中等速度下同樣遵循這一規律。

ALICE實驗物理協調員戴維·奇內拉托強調，研究首次在部分質子對撞產生的高粒子密度區域中，于較大動量范圍內觀測到多種粒子的流動模式。這一現象與包含夸克聚合效應的理論模型高度吻合，而未考慮該機制的模型則無法解釋觀測結果。不過，現有模型仍無法完全復現所有實驗數據，特別是某些極端條件下的流動差異。

為進一步驗證理論，研究團隊提出需開展質子與鐵等中間尺度粒子的對撞實驗。ALICE發言人凱·施韋達透露，2025年記錄的氧核對撞數據將成為關鍵——這類實驗填補了質子對撞與鉛核對撞之間的研究空白，有望揭示夸克-膠子等離子體在不同系統中的本質差異。相關論文已于3月20日發表于《自然·通訊》期刊，為人類理解宇宙誕生后的極端環境提供了重要依據。