科学家们在实验室里通过让金原子核高速对撞，试图重现宇宙大爆炸后百万分之一秒内的极端状态——那时构成我们世界的基本粒子（质子和中子）尚未形成，物质被认为处于一种由更基本的“夸克”和“胶子”组成的炽热“浓汤”状态，称为夸克胶子等离子体（QGP）。在地面实验室，找到从核物质到QGP刚刚出现的具体条件，是理解宇宙如何演化的关键一步。

      多年来，物理学家们发现了一种潜在的QGP“指纹”：在高能量对撞中，不同种类的粒子（如质子、π介子等）在垂直于碰撞方向平面上的运动模式（称为“椭圆流”），如果除以粒子内部所含夸克的数量，它们的“舞步”曲线会神奇地重合在一起，这就是所谓的“组分夸克数（NCQ）标度律”。这被广泛认为是QGP形成的有力证据。

      然而，在中国科学院近代物理研究所的一项最新研究中，科学家们利用先进的“多相输运模型”（AMPT），系统模拟了较低能量（相当于每个核子对质心能量3.0到7.7 GeV）的金核碰撞。他们有了一个颠覆性的发现：在最低能量（3.0 GeV）附近，即使碰撞中可能已经产生了自由活动的夸克，NCQ标度律（即粒子的“舞步”除以夸克数后能重合）却完全失效了！ 而随着能量升高到3.9 GeV以上，这种协调的标度律又逐渐恢复（图1上排）。

      为什么“指纹”会失效？研究揭示了两个关键原因：1). “热身”不足： 在最低能量下，碰撞产生的夸克“团队”互动不够频繁和激烈，未能充分“热身”（即达到较好的热平衡），导致它们的集体流动本身就不够协调和有规律。2). “特殊成员”稀缺： 产生一种叫“奇异夸克”的粒子非常困难且稀少。像K⁺介子这种含有奇异夸克的粒子，其流动模式因为“搭档”太少而变得杂乱无章，波动很大，破坏了整体的协调性。

      这个发现意味着，在接近宇宙物质可能从普通强子物质向QGP转变的能量区域（临界区），仅仅因为没看到NCQ标度律（“舞步”不重合），就断定QGP没有形成，可能是错误的！ 标度律的失效，更可能是夸克团队“热身”不够或“特殊成员”缺席导致的动力学限制，而不是QGP压根没出现。这动摇了NCQ标度律作为QGP“铁证”的可靠性，提醒科学家们在解读低能量重离子碰撞实验（如美国布鲁克海文实验室的RHIC固定靶BES实验）结果时需要更加谨慎。

      理解宇宙诞生之初的物质状态是人类探索自然的基本追求。这项研究不仅修正了对关键探针（NCQ标度律）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（如中国的HIAF）上更精准地探测夸克物质和相变临界点指明了方向，帮助我们一步步拼凑出宇宙极早期的壮丽图景。

      本研究由中国科学院近代物理研究所雍高产研究员团队完成，得到了国家自然科学基金和中国科学院的支持。相关论文发表于《物理快报B》。

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