Кварк-глюонная плазма

Эксперимент ALICE ЦЕРНа участвует в исследовании кварк-глюонной плазмы^[1]

Кварк-глюо́нная пла́зма (КГП^[2], ква́рковый суп^[3], хромопла́зма^[4]) — агрегатное состояние^[5] вещества в физике высоких энергий и физике элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние, аналогичное состоянию, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме^[2][4]. Ему предшествует состояние глазмы^[6] (глазма термализуется, то есть разрушается, порождая множество хаотично движущихся кварков, антикварков и глюонов — кварк-глюонную плазму^[7]). Состоит из кварков, антикварков и глюонов^[8].

Общее описание состояния

Обычно вещество в адронах находится в так называемом бесцветном («белом») состоянии^[2]. То есть, кварки различных цветов компенсируют друг друга. Аналогичное состояние есть и у обычного вещества — когда все атомы электрически нейтральны, то есть, положительные заряды в них компенсированы отрицательными. При высоких температурах может происходить ионизация атомов, при этом заряды разделяются, и вещество становится, как говорят, «квазинейтральным». То есть, нейтральным остаётся всё облако вещества в целом, а отдельные его частицы нейтральными быть перестают. Точно так же, по-видимому, может происходить и с адронным веществом — при очень высоких энергиях цвет выходит на свободу^[9] и делает вещество «квазибесцветным»^[2], при этом восстановлена хиральная симметрия^ru_en^[10].

Предположительно вещество Вселенной находилось в состоянии кварк-глюонной плазмы в первые мгновения (около 10⁻¹¹ с^[11]) после Большого взрыва^[12]. Также есть мнение, что именно свойства кварк-глюонной плазмы привели к барионной асимметрии Вселенной^[2]. Сейчас кварк-глюонная плазма может на десятки йоктосекунд^[13] образовываться при соударениях частиц очень высоких энергий. Время существования кварк-глюонной плазмы — миллиардные доли секунды^[9]. Температура КХД фазового перехода около 150 МэВ. Для релятивистской жидкости подобной КГП, которая не сохраняет число частиц, соответствующая мера плотности — это плотность энтропии s^[6]. Но по результатам некоторых исследований в центре нейтронных звёзд есть кварк-глюонная плазма^[11][14]. Есть гипотеза, что атомные ядра в своём составе, кроме протонов и нейтронов, содержат «капельки» КГП, то есть ядра рассматриваются как гетерофазные системы^[15].

Изучение кварк-глюонной плазмы

Раньше она рассматривалась как газ^[9], ныне считается жидкостью^[2][11], почти идеальной и сильно непрозрачной^[6]. До своего экспериментального обнаружения хромоплазма была физической гипотезой^[4]. Изучение кварк-глюонной плазмы может помочь в познании истории Вселенной^[2].

Теоретическое изучение в СССР началось с начала 1980-х годов^[16]. Лаборатория физики сверхвысоких энергий НИИ физики им. Фока физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета участвует в работе проекта ALICE Большого адронного коллайдера над КГП.^[17].

Кварк-глюонная плазма была получена экспериментально на ускорителе RHIC Брукхейвенской национальной лаборатории в 2005 году. В феврале 2010 года там же была получена температура плазмы в 4 триллиона градусов^[18].

На ускорителях КГП образуется в результате сильного взаимодействия между партонами (кварками и глюонами) нуклонов ускоренных частиц^[8]. Но может ли она рождаться в протон-протонных столкновениях неизвестно^[19].

Максимальную температуру — свыше 10 триллионов градусов, получили в ноябре 2010 года на БАК^[20].

В октябре 2017 года на Большом адронном коллайдере впервые сталкивались ядра ксенона для её исследования: определение критической энергии, необходимой для её образования^[21].

Мезоны, погружённые в горячую кварк-глюонную плазму, плавятся^[22].

См. также

• Кварковая звезда
• Кварковая новая

Примечания

Литература

• И. М. Дремин, А. В. Леонидов. Кварк-глюонная среда // УФН. — 2010. — Т. 180. — С. 1167—1196.
• The Large Hadron Collider: Harvest of Run 1 с. 4, 65, 356—357, 359, 361, 412, 419, 518 Опубликована монография по результатам LHC Run 1
• Jean Letessier, Johann Rafelski, T. Ericson, P. Y. Landshoff. Hadrons and Quark-Gluon Plasma. — Cambridge University Press, 2002. — 415 p. — ISBN 9780511037276.

Ссылки

• The Relativistic Heavy Ion Collider at Brookhaven National Laboratory
• The Alice Experiment at CERN
• The Indian Lattice Gauge Theory Initiative
• RHIC Videos Science Friday Explains «How to Make Quark Soup» (англ.)
• Крошечные капли кварк-глюонной плазмы образуются и в несимметричных ядерных столкновениях
• «Как расщепляют мгновение» Игорь Иванов. Лекция прочитана на конференции лауреатов Всероссийского конкурса учителей математики и физики фонда Дмитрия Зимина «Династия». 29 июня 2009 года, посёлок Московский
• Плавление атомных ядер происходит в два этапа?
• Тяжелые мезоны по-разному плавятся в кварк-глюонной плазме
• «СПЕКТРЫ И КОРРЕЛЯЦИИ π⁰-МЕЗОНОВ, РОЖДЕННЫХ В СТОЛКНОВЕНИЯХ ²⁰⁸Pb−²⁰⁸Pb ПРИ ЭНЕРГИИ 2,76 ТэВ НА ПАРУ НУКЛОНОВ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ALICE», диссертация на соискание степени кандидата физ.-мат. наук Блау Д. С., 2015 г.
• На Большом адронном коллайдере, возможно, получен новый тип материи
• На БАК получено вещество, существовавшее через 0,00000000001 сек после Большого взрыва
• Ученые создали новую материю
• Rice physicist will search for «quark-gluon plasma» at the LHC (англ.)