ALICE合作组近日公布一项新研究进展，围绕夸克-胶子等离子体（QGP）是否可能在质子-质子（pp）及质子-核（pA）等小型碰撞体系中形成的问题，提供了新的实验依据。QGP被认为是宇宙大爆炸后最初几微秒内存在的极端高温高密度物质形态，通常可通过大型强子对撞机（LHC）中的高能重离子碰撞（如铅-铅碰撞）进行再现。

该合作组在发表于《自然通讯》（Nature Communications）的一篇论文中报告称，他们在LHC的pp、质子-铅（pPb）以及铅-铅（PbPb）碰撞数据中观察到一个显著的共同模式。研究团队表示，这一结果为理解小型碰撞系统中可能出现的QGP形成与演化过程提供了新见解。

在早期认识中，物理学界普遍认为质子等小体系碰撞难以产生形成QGP所需的极端温度与压力。但近年来，LHC的pp与pPb碰撞中陆续出现被视为QGP特征的现象，使得“碰撞体系大小是否构成限制因素”的问题受到更多关注。

研究指出，QGP形成的关键特征之一是“各向异性流”，即碰撞产生的粒子并非均匀向各方向发射，而是沿特定方向呈现优先发射的集体行为。对于中等动量区间的粒子，各向异性流与其所含夸克数有关：由三个夸克组成的重子，其流动强度通常高于由两个夸克组成的介子。

对此差异的一种主要解释是“夸克聚合”过程，即在QGP中，夸克在后续演化中结合形成介子与重子。由于重子比介子多一个夸克，因而可能继承更强的流动信号。

在本次研究中，ALICE合作组测量了pp与pPb碰撞中多种介子与重子粒子种类的各向异性流，并通过分析方法尽量分离出真正具有共同流动特征的粒子。结果显示，与重离子碰撞中的观测一致，在中等动量范围内，重子的各向异性流明显强于介子。

ALICE实验物理协调员David Dobrigkeit Chinellato在研究相关表述中称，这是团队首次在较宽的动量区间内、针对多种粒子种类观察到这一流动模式，并且该现象仅出现在产生异常大量粒子的部分质子碰撞事件中。他同时表示，相关结果支持“即便在较小的碰撞体系中，仍可能存在一个膨胀的夸克系统”的假设。

研究人员进一步将新的流动测量结果与多种理论模拟进行对比。ALICE称，能够同时纳入“夸克各向异性流”以及“夸克随后聚合成介子和重子”两类过程的模型，可以较好解释观测到的流动模式；而缺少其中任一过程的模型则难以复现该模式。

不过，研究也指出，即便是与数据较为一致的模型仍存在偏差。差异主要与质子亚结构以及碰撞初始几何形状的建模不确定性有关。

ALICE发言人Kai Schweda表示，团队预计2025年记录的氧碰撞数据将有助于填补质子碰撞与铅碰撞之间的空白，从而为不同碰撞体系中QGP性质及其演化提供更多线索。