摘要：这是人类迄今为止对宇宙大爆炸后百万分之一秒内“原始汤”温度最精确的测量之一。这项里程碑式的研究由美国莱斯大学物理学家弗兰克·格尔茨（Frank Geurts）领导的STAR合作组完成，成果2025年10月14日刚刚发表在国际知名期刊《自然·通讯》上，为我们绘制

刚刚，物理学家们捕获到了高达3.25万亿开尔文（3.25×10^12K）的极端高温！

这是人类迄今为止对宇宙大爆炸后百万分之一秒内“原始汤”温度最精确的测量之一。这项里程碑式的研究由美国莱斯大学物理学家弗兰克·格尔茨（Frank Geurts）领导的STAR合作组完成，成果2025年10月14日刚刚发表在国际知名期刊《自然·通讯》上，为我们绘制物质在极端条件下的“终极地图”提供了关键数据。

宇宙的开端是什么？不是光，不是物质，而是一片混沌。在那个起点之后的几微秒内，宇宙是一锅滚烫的、由物质最基本的砖块——夸克和胶子——组成的“原始汤”。这就是“夸克胶子等离子体”（QGP）。在QGP中，我们熟知的质子和中子根本无法存在，它们都被“融化”了。

我们就是想知道，这锅“汤”到底有多烫。

问题是，你怎么测量一个早已消失、且温度高达万亿度的东西？

科学家们在地球上模拟了它：他们使用纽约布鲁克海文国家实验室的“相对论重离子对撞机”（RHIC），让金原子核（Au+Au）以接近光速猛烈相撞，短暂“复活”了这锅宇宙汤。

▲ 使用 STAR 探测器重建的 Au+Au 碰撞示意图

但测量这锅“汤”的温度，几十年来一直让物理学家头秃。

以前，大家试图用碰撞产生的“光子”（photons）当温度计。但他们很快发现，这个温度计“骗人”！

因为QGP在以接近光速的速度疯狂膨胀，这种膨胀会产生强烈的“蓝移效应”（类似救护车靠近你时声音变尖）。这导致测量的温度严重失真，你根本不知道测的是真实的温度，还是它快速运动带来的“表观温度”。

科学家们需要一个不会膨胀的温度计。

他们找到了！这就是热轻子对（电子-正电子对) 。

为什么是它？因为电子和正电子是“轻子”，它们是强子世界的“局外人”，不参与夸克和胶子之间的“强核力”游戏。它们一旦在QGP中产生，就能像幽灵一样直接穿透这片火海，把最原始、未被扭曲的温度信息携带出来。

▲ e + e −对产生和 QCD 相图的示意图

最关键的是，科学家测量的是它们俩的“不变质量谱”（invariant-mass spectra）。这是一个在物理学上近乎耍赖的属性，它完全不受蓝移效应的影响！

无论这锅汤怎么膨胀，这个“温度计”的读数都不会撒谎。

这次，STAR团队以前所未有的精度，终于读懂了这个“诚实温度计”的刻度。

他们发现，QGP的温度不是单一的，而是分阶段的！

在“中间质量区域”（IMR）——这代表了QGP刚形成时最炽热的早期阶段——平均温度高达 3.25万亿开尔文。这就是宇宙最初的“炉火”。

而在“低质量区域”（LMR）——这代表了QGP演化后期，即将冷却并“冻结”成我们熟悉的普通物质（如质子和中子）的“相变”阶段——平均温度也达到了 2.01万亿开尔文。

▲ 温度与重子化学势的关系

3.25万亿度，那是宇宙的“出厂设置”；2.01万亿度，那是它准备“打包发货”的温度。

这两个精确的数字，是人类第一次在QGP演化的不同时间点上清楚地标定了温度。这不仅仅是一个测量数字，它是在为我们绘制宇宙最根本的“QCD相图”。这张图将告诉我们物质在宇宙大爆炸和中子星内部这种极端条件下的终极规律。

正如格尔茨教授所说，这标志着我们探索物质最极端前沿的新时代的到来。

【阅读须知】

仅为科普：本文仅对单一前沿科研成果进行解读和科普。

原文为准：作者可能理解有限，准确信息请参考原始论文。

理性期待：科学进步需要时间，请保持客观和耐心。

参考文献：

STAR Collaboration. (2025). Temperature measurement of Quark-Gluon plasma at different stages. Nature Communications, 16(1). DOI: 10.1038/s41467-025-63216-5

来源：徐德文科学频道