互动科普

最近几年，对超弦理论的研究已经延伸到其他领域。在使用加速器的原子核物理实验，以及凝聚态物理（探索金属、半导体、超导体等物质性质的领域）、流体力学（研究气体液体等运动的领域）等其他的领域中，也开始引入超弦理论中所使用的计算方法。下面介绍在美国纽约州的布鲁克海文国家实验室的加速器“RHIC”上的实验实例，在这个实例中，超弦理论的预言与实验结果相当一致。

RHIC加速器的实验示意图

RHIC加速器是全长4公里的环形加速器。金的原子核被加速到接近光速，并发生正碰，这一瞬间的原子核处于“融化”状态。构成原子核的夸克、胶子等也被打散，进入一种“夸克胶子等离子体”的状态。另外图中的夸克不分种类都用同一种颜色的球来表示。

在RHIC上，把两个金原子核按不同的方向分别加速到接近光速，然后让它们迎头对撞。在碰撞的瞬间，温度达到几万亿摄氏度，相当于宇宙诞生的大爆炸后的几十万分之一秒后的温度。RHIC是能够再现大爆炸刚刚发生后的宇宙状态的实验装置。

原子核是由质子和中子组成的，质子和中子是由夸克以及连接夸克对的胶子等基本粒子组成的。当金原子核发生碰撞的时候，由于温度非常之高，原子核也“融化”了，变成了夸克和胶子分立的状态，称为“夸克胶子等离子体”。

一般认为，在宇宙刚刚诞生之后，小小的宇宙中充满了夸克胶子等离子体，了解这种物质的性质，对于全面了解宇宙的产生是非常重要的。但是，在以往的基本粒子物理学（量子力学）中，想要计算夸克胶子等离子体的性质，那是非常复杂和困难的。

就在这时，超弦理论登场了。从超弦理论中产生了所谓“规范引力对应”的计算方法，用这个计算方法在实验之前算出了夸克胶子等离子体的黏度（度量黏滞的量)，而这个算出的结果与RHIC实验测出的结果非常一致（2005年发表）。我们已经知道，夸克胶子等离子体的黏度非常小，是一种“爽滑的流体”。

使用了这种计算方法，有时能够把凝聚态物理、流体物理学等领域中难解的问题“变换”成简单可解的问题。现在这种计算方法已经进入到各个研究领域，超越了物理学家们的专业领域。“只有一部分基本粒子物理学家才研究超弦理论”的时代已经终结，代之而来的是更加广泛领域中的物理学家们的关注。就在这些研究中，说不定就蕴含着催生新技术的线索。

专门从事超弦理论研究的专家认为，虽然RHIC的试验结果并不能说明“这个世界是由弦组成的”这一假说的正确性，但是它揭示了从超弦理论中派生出来的计算方法的有效性。

我们也期待着这些不同的领域合作产生的研究成果，会对超弦理论本身的研究产生反馈作用，成为通向超弦理论最终完成的助推器。

（本文发表于《科学世界》2013年第3期）