模擬了微型黑洞後，科學家又在地球仿造超新星，到底要研究什麼？

如果聽說科學家在地球上利用大型粒子對撞機模擬黑洞，請不要意外。他們不僅在模擬黑洞，還試圖在地球上造出「超新星」，而且還成功了……

超新星爆發是宇宙中最劇烈的天體活動之一，當黃矮星或者更大的恆星進入演化末期後，就會通過這種方式結束自己的生命。

對於天文學家來說，超新星爆發是進行天文觀測的好機會。但是，這種事又是可遇而不可求，沒有人能夠預知哪顆恆星會爆發，有些超新星在爆發之前，我們根本看不見。在它們爆發的時候，我們也很難第一時間就發現並觀測，因此很多重要的信息都會被我們錯過。

我們已經知道，超新星的殘骸是一個宇宙級別的粒子加速器。超新星在爆發之後，內核開始探索，外殼則向外膨脹，同時釋放出海量的等離子體，形成強大的衝擊波。本質上來講，這種衝擊波和超音速飛機產生的音爆比較類似。包括電子在內的大量亞原子粒子形成可怕的宇宙射線，以接近光速的速度釋放到宇宙中。科學家告訴我們：如果能夠親眼看到這樣恐怖的畫面，那就會發現太空中有一塊形成了一個明亮的氣泡，十分詭異。

雖然理論上說得言之鑿鑿，但我們從沒有真正看見過。這些超新星實在是太遠了，動輒幾十萬光年，甚至數億光年以外，我們只能通過先進的望遠鏡進行觀測。但是，即便是這樣先進的望遠鏡，仍然不可能對其中的亞原子粒子進行成像。因此，超新星爆發的過程中，仍然有許多問題懸而未決。

不過最近，來自史丹福大學SLAC國家加速器實驗室的科學家們，就在地球上模擬出了超新星的衝擊波。當然，你完全不用擔心自己會被炸死，因為這種模擬的衝擊波能量遠遠不足以造成破壞，就像科學家們製造的微小黑洞也不足為據一樣。不過，儘管威力非常小，科學家們仍然可以從中獲得大量的信息，破解超新星的謎題。

「在宇宙中許多的衝擊過程中，其衝擊結構的細節都難以被直接破解，這給我們研究其噴射機制提出了巨大的挑戰。」SLAC的高級職員科學家Frederico Fiuza說。所以，他和他的團隊將「戰場」轉移到地球，在極小的程度上仿造出超新星的爆發，那就是利用粒子加速器釋放電子，模擬超新星爆發時噴射電子的過程，藉此了解超新星的亞原子粒子衝擊波。

但是，同樣來自SLAC的聯合作者安娜·格拉西Anna Grassi指出：「即使是通過實驗，我們也無法觀察到粒子獲得能量的細節，更不用說在天文學的觀測中了，這正是計算機模擬大顯神威的舞臺。」因此，他們還通過計算機進行模擬分析，以前所未有的深度了解到了超新星爆發過程中的一些神秘機制。在進行了反覆的實驗和分析之後，他們終於破解了謎題，並且將研究成果發表在《自然物理學》上。

他們指出：當一顆超新星爆發的時候，其中的電子以及原子核等粒子會以一種被稱作無碰撞衝擊的形式噴射出去。這種衝擊波從爆發前到爆發後始終存在，其來源是等離子體。這些等離子體形成了強烈的磁場，不斷被發射、激發和吸收。在等離子體形成的磁場中，電子被磁場推來推去，在這個過程中被加速到接近光速。

不過，科學家對此還有一個疑問：到底是什麼機制讓它們能夠獲得如此驚人的速度呢？

為此，Fiuza等人將一束高能雷射射向特製的碳片，在地球上玩了一次人類歷史上最激烈的「雷射遊戲」，從而製造出了強大的等離子體。具體方法是這樣的：他們向碳片先後發射了兩道雷射，當第一道雷射反射的時候，就會與第二道雷射相撞。在這兩股等離子束相撞的時候，產生了一個衝擊波，這就是他們所仿造的超新星殘骸的衝擊波。

Fiuza和他的同事們利用X射線等光學手段進行檢測，發現這次仿造的超新星符合宇宙中自然形成的超新星所具備的各種特徵，只不過規模極小。

雖然仿造超新星和計算機的模擬已經在很大程度上解決了科學家們的疑問，但有些問題仍然難以解答。Fiuza已經發現，在超新星爆發的一開始，電子就已經被加速到接近光速了，否則它們根本無法穿透衝擊波。但就像我們上面說的，他們仍然不知道電子能夠獲得如此驚人速度的原因，這就是Grassi所說的計算機模擬需要發揮作用的時候了。他們發現，電子獲得這樣高速的同時，也伴隨著激烈的X射線，他們相信，這些X射線或許就是這個問題的答案。

（圖片說明：計算機模擬出的兩個相互遠離的衝擊波中磁場的湍流結構）

除此之外，他們的本次研究主要集中在電子，並沒有對其他粒子進行檢測。比如質子，可能也攜帶著許多宇宙的秘密，等待著我們去發現。「我們的研究為衝擊過程中電子的噴射提供了新的觀察角度，並且為人類可以控制的加速器用於研究宇宙物理學開闢了新的道路。」Fiuza說。