在RHIC實驗中，我們觀察到什麼？ 文/章文箴

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在RHIC實驗中，我們觀察到什麼？ 文/章文箴

一、前言 對微觀世界組成的研究裡，夸克(quark)和輕子(lepton)是目前實驗所驗證最基本的粒子。夸克之間透過交換膠子(gluon)進行強交互作用(strong interaction)；強作用力不同於我們在大尺度世界存在的作用力(例如重力、電磁力)的特質，它有著“夸克禁閉”(quark confinement)和“漸近自由”(asympotic freedom)兩種奇特現象。帶著色電荷(color charge)夸克之間的作用隨著距離增加不減反增，這造成單一夸克無法從現有實驗發現的零色電荷兩夸克系統，介子(meson)，和三夸克系統，重子(baryon),分離出來；相反的，當兩夸克間距離減少時，其交互作用強度反而減少，這時微擾(perturbative)計算方式則可以被用來精確估算、描述作用的細節；完整描述強作用的規範場理論(normalized gauge field theory)被稱為「量子色動力學」(Quantum Chromo-Dynamics, QCD)。在這理論中，夸克本身並無質量，透過「希格氏機置」(Higgs mechanism)得到質量，再因「手徵對稱破壞」(chiral symmetry breaking)效應，造成我們所觀察不同種類夸克間質量有極大差異。物理學家相信在宇宙大爆炸的初期，由能量轉換物質時所形成最初物質的構成，在這高能量密度環境中，強作用力的狀態是不同於我們現今宇宙膨脹後低溫的情況（圖一），預測“夸克禁閉”和“手徵對稱破壞”的效應是不存在的，夸克和膠子是可以在一巨觀體積中自由移動，並且不同種類的夸克(例如u, d, s夸克)的質量是相同，這種初期物質的形態被稱為夸克膠子電漿態(Quark Gluon Plasma, QGP)。在美國布魯克海汶實驗室(Brookhaven National Lab)重離子加速器(Relativistic Heavy Ion Collider; RHIC)（圖二）便是為了尋找這一物質存在的證據而興建的[1]，在歷經四年(2000~2003)的實驗中，有許多有趣的現象和理論的進展，在今(2004)年五月，RIKEN理論中心主辦的「New Discoveries at RHIC」研討會[2]，邀集RHIC四個實驗組和理論學者，做了回顧性的討論；本文以下便針對其中PHENIX實驗組所測量到兩個最具代表性的結果[3]：“大橫向動量產生抑制”(high pT suppression) 和“中橫向動量區間的高重子介子比”(large enhancement of baryons and antibaryons to pions at intermediate pT) 及其物理意涵作一簡要的報告。

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