科学家发现了一条连接亚原子彩色玻璃凝结物和大质量黑洞共同线索

尺寸为数十亿公里的黑洞（左，由事件视界望远镜成像）与原子核碰撞中产生的亚原子胶子致密状态（右）具有共同特征。图片来源：Event Horizon Telescope Collaboration（左）和Brookhaven National Laboratory（右）。

物理学家已经发现了胶子的致密状态（原子核内强核力的胶状载体）与宇宙中巨大的黑洞之间的显着对应关系。

胶子的致密壁，称为彩色玻璃凝聚物（CGC），是在原子核碰撞中产生的。这个CGC的测量值仅为10-19公里宽 - 不到十亿分之一公里。相比之下，黑洞的直径长达数十亿公里。

这项发表在《物理评论D》上的研究表明，这两个系统都是由密集堆积的自相互作用力载体粒子组成的。在CGC中，这些粒子是胶子。在黑洞中，这些粒子是引力子。CGC中的胶子和黑洞中的引力子都以最有效的方式组织每个系统的能量和大小。

CGC和黑洞的高度秩序是由每个系统包装的最大数量的关于粒子特征的量子“信息”驱动的。这包括它们的空间分布、速度和集体力。对“信息”内容的这种限制是普遍的。

这意味着研究表明，量子信息科学可以为理解这些截然不同的系统提供新的组织原则。这些系统之间的数学对应关系也意味着研究每个系统可以提高我们对另一个系统的理解。特别令人感兴趣的是黑洞合并中的引力冲击波与核碰撞中的胶子冲击波的比较。

科学家研究核碰撞中的强大力量。例如，在能源部用户设施相对论重离子对撞机上，接近光速加速的原子核成为被称为彩色玻璃凝聚物（CGC）的密集胶子壁。当原子核碰撞时，CGC演变成近乎完美的夸克和胶子液体，这是构成所有可见物质的基本组成部分。

虽然强力在亚原子尺度上起作用，但慕尼黑路德维希马克西米利安大学，马克斯普朗克物理研究所和布鲁克海文国家实验室的科学家最近的分析表明，CGC与黑洞具有共同的特征，黑洞是巨大的引力子砾岩，在整个宇宙中施加引力。

这两组自相互作用粒子似乎都以一种满足每个系统中可能存在的熵或无序量的普遍限制的方式组织自己。这种数学对应关系指出了黑洞形成、热化和衰变之间的相似之处，以及当胶子壁以超相对论速度（接近光速）在核碰撞中碰撞时会发生什么。

驱动这种对应关系的熵的限制与最大信息打包有关，这是量子信息科学（QIS）的一个关键特征。因此，QIS可以进一步为科学家对胶子，引力子，CGC和黑洞的理解提供信息。这种方法还可以推进量子计算机的设计，这些计算机使用冷原子来模拟和解决有关这些复杂系统的问题。

更多信息：Gia Dvali 等人，QCD 和引力中 wee parton 的经典化和单位化：CGC-黑洞对应关系，物理评论 D （2022）。DOI： 10.1103/PhysRevD.105.056026

期刊信息：物理评论D