1.媒体来源:
SciTechDaily
2.记者署名:
Ana Lopes，欧洲核子研究组织
3.完整新闻标题:
CERN实验室重建物质/反物质黑洞喷流
4.完整新闻内文:
Fireball合作计画使用CERN的HiRadMat设施来模拟从黑洞和中子星流出的物质和反物质喷
流。
在 CERN 的 HiRadMat 设施中，研究人员创造了一种高密度正负电子等离子体 束 ，可以
模拟黑洞的天文物理喷流，为空间现象提供新的见解。 喷流等宇宙事件铺路 这些实验有
助于用现实世界的数据验证理论模型，为更深入地理解黑洞 。
潜入活跃星系的中心 ，你会发现一个 超大质量黑洞 正在吞噬周围的物质。 在大约十
分之一的这类星系中，黑洞也会以接近光速的速度喷射出物质喷流。 人们认为这种相对
论性黑洞喷流除其他成分外还包含电子对及其 反物质 等价物正电子的等离子体。
这种相对论性电子-正电子等离子体被认为塑造了黑洞及其环境的动力学和能量预算。 但
这种现像到底是如何发生的仍然知之甚少，因为用天文观测来测量等离子体和用电脑程式
来模拟它都很困难。
在 《自然通讯》 最近发表的一篇论文中，Charles Arrowsmith 和来自 Fireball 合作
计画的同事报告了他们如何使用CERN的HiRadMat设施来产生电子-正电子等离子体的相对论
喷流，从而可以在实验室实验中详细研究这种介质。
天体物理现象的实验室复制
电子-正电子对的相对论性光束可以在不同类型的实验室（包括高功率雷射设施）中以多
种方式产生。 然而，现有的方法都无法产生维持等离子体所需的电子-正子对数量－等离
子体是一种组成粒子连接非常松散的物质状态。 如果不维持等离子体，研究人员就无法
研究这些黑洞喷流的类似物在穿过相当于实验室的星际介质时如何变化。 这项研究是解
释地面和太空望远镜观测结果的关键。
Arrowsmith 和同事在 CERN 的 HiRadMat 设施中找到了一种满足这些要求的方法。他们的方
法包括在短短纳秒内从实验室的超级质子同步加速器中提取多达三千亿个质子并将它们发
射到石墨和钽的目标上，其中一系列粒子相互作用产生大量的电子-正电子对。
对天文物理学研究的影响
透过使用一组仪器测量由此产生的相对论性电子-正电子束，并将结果与复杂的计算机模
拟进行比较，阿罗史密斯和他的同事表明，光束中电子-正电子对的数量（超过十万亿）
是十到十倍。
“电子-正电子等离子体被认为在天文物理喷流中发挥重要作用，但这些等离子体和喷流
的电脑模拟从未在实验室进行过测试，”阿罗史密斯说。“实验室实验对于验证模拟是
必要的，因为模拟中涉及的计算看似合理的简化有时可能会导致截然不同的结论。”
该结果是 Fireball 合作在 HiRadMat 进行的一系列实验的第一个结果。
实验室天文物理学的未来方向
论文的合著者、首席研究员 Gianluca Gregori 表示：“这些实验的基本思想是在实验室
中重现天体物理现象的微观物理，例如黑洞和中子星的喷流。”“我们对这些现象的了
解几乎完全来自天文观测和电脑模拟，但望远镜无法真正探测微观物理，模拟涉及近似值
。 诸如此类的实验室实验是这两种方法之间的桥梁。”
Arrowsmith 及其同事在HiRadMat 的等离子体研究的下一步是让这些强大的喷流穿过一米
长的等离子体传播，并观察它们之间的相互作用如何产生磁场，从而加速射流中的粒子—
—这是高能领域最大的难题之一天体物理学。
“Fireball 实验是 HiRadMat 产品组合的最新成员之一，”该设施的营运经理 Alice
Goillot 说道。 “我们期待利用欧洲核子研究组织加速器综合体的独特性能继续重现这
些罕见现象。”
有关这项研究的更多信息，请参阅 实验室中的迷你宇宙：在地球上创造“宇宙火球” 。
参考文献：“相对论对等离子体束的实验室实现”，作者CD Arrowsmith、P. Simon、PJ
Bilbao、AFA Bott、S. Burger、H. Chen、FD Cruz、T. Davenne、I. Efthymiopoulos、
DH Froula 、A. Goillot、JT Gudmundsson、D. Haberberger、JWD Halliday、T. Hodge
、BT Huffman、S. Iaquinta、F. Miniati、B. Reville、S. Sarkar、AA Schekochihin
、LO Silva、R. Simpson、V. Stergiou、RMGM Trines、T. Vieu、N. Charitonidis、
R. Bingham 和 G. Gregori，2024 年 6 月 12 日， 《自然通讯》 。
DOI：10.1038/s41467-024-49346-2
该计画已获得欧盟 Horizon Europe 研究与创新计画的资助，资助协议编号为
101057511 (EURO-LABS)。
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-49346-2