§3 高能重核碰撞

考虑某种高能粒子对撞，在完全对心正撞的情形中，如果动能充分转化为热能，这些能量将集中在这种高能粒子静止时的体积内。如果产生了夸克胶子等离子体相或强子物质相，也将集中在这个体积内。考虑质子与质子对撞和氧原子核与氧原子核对撞这两种情形，用现有粒子理论计算如果在对撞体积内，实现温度从 200MeV 到 300MeV，夸克胶子等离子体相和强子物质相分别所包含的组元总数，列于下表中。从表中可以看出，不论相变的临界温度是多少，质子与质子对撞中即使能量很高，在相当于质子静止体积的碰撞体积内所产生的组元数也太少，最多也还不到 50 个，还远远不足以能构成一个均匀稳定的相。氧核与氧核的对撞中如果能量足够高，在相当于氧核静止体积的碰撞体积内所产生的组元数已相当多，至少达到 110 个，足以构成一个均匀稳定的相。因此，为了要在一定的时间间隔和一定的微观体积范围内实现超微观世界中物质的均匀聚集状态，产生夸克物质相，观察从夸克物质相到强子物质相的相变，必须使用氧或比氧更重的原子核作为被加速粒子的相对论性重离子碰撞对撞机来进行实验。

为了探讨粒子世界中过去还没有发现的新粒子、新现象，探究物质微观结构的基本规律，物理学家们建造了许多高能粒子加速器、对撞机。近 20 年来，粒子物理学发现 J/ψ、Υ，W±、Z0、顶夸克等许多种新粒子，观察到许多新现象，验证和检验了粒子物理的标准模型理论。这些重大进展都是在高能电子正电子对撞机、高能质子反质子对撞机、高能质子质子对撞机上的实验中取得的。然而在这些高能对撞机上的实验里，难以实现超微观世界中物质的均匀聚集状态。为了要在一定时间间隔和一定微观体积范围内实现超微观世界中物质的均匀聚集状态，产生夸克物质相，观察从夸克物质相到强子物质相的相变，必须使用氧或比氧更重的原子核作为被加速粒子的相对论性重离子碰撞对撞机来进行实验。