奇異的「萊維飛行」：從獵食到核子碰撞的共通運動模式

在自然界中，許多現象看似雜亂無章，但實際上卻遵循著一種名為「萊維飛行」（Lévy walks）的數學模式。這種運動模式不僅出現在獵食者的覓食行為中，也廣泛存在於經濟波動、微生物學、化學反應甚至氣候動力學等領域。最近，來自匈牙利羅蘭大學（ELTE）原子物理系與天文及粒子物理卓越計畫（TKP）的研究團隊——Dániel Kincses、Márton Nagy 和 Máté Csanád——發現，在高能核子碰撞中，粒子的運動同樣遵循這種數學框架。這項研究進一步揭示了萊維飛行在理解複雜系統中的跨學科重要性。

「我們透過模擬研究發現，如果追蹤粒子的運動路徑，其步長與最終位置的分佈與萊維飛行的數學模型完全吻合。」ELTE 的博士後研究員 Dániel Kincses 如此總結。這項研究成果已發表於《Communications Physics》期刊，並與 ELTE 團隊多年來在多個大型實驗中的觀測資料高度一致。

研究團隊利用理論模型進行數值模擬，並與多個主要粒子加速器的實驗資料進行比對，包括歐洲核子研究組織（CERN）的超質子同步加速器（SPS，NA61 實驗）、布魯克海文國家實驗室（BNL）的相對論重離子對撞機（RHIC，PHENIX 和 STAR 實驗），以及 CERN 的大型強子對撞機（LHC，CMS 實驗）。研究結果顯示，碰撞後粒子位置的分佈並非遵循常態（高斯）分佈，而是呈現緩慢衰減的萊維穩定分佈。

「這意味著，這些過程的動力學與我們在生物學、地球科學和經濟學等其他領域觀察到的現象極為相似。」ELTE 教授 Máté Csanád 補充道。這項研究不僅揭示了萊維飛行在核子物理中的重要性，也為相關實驗研究提供了新的方向。

在重離子物理學中，研究類似問題的子領域被稱為「飛秒學」（femtoscopy），因為它專注於探索核子碰撞的時空結構，時間尺度僅為飛秒級（10⁻¹⁵秒）。ELTE 的研究團隊在飛秒學領域處於領先地位，無論是實驗還是理論研究都積極參與，並定期在國際會議上發表相關成果。他們最新發表的論文，或許能為實驗研究提供新的啟發，進一步揭示萊維分佈的起源。

參考文獻：Dániel Kincses, Márton Nagy, Máté Csanád, Lévy walk of pions in heavy-ion collisions, Communications Physics, 5 February 2025. DOI: 10.1038/s42005-025-01973-x