Кварк-глюонная плазма

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
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 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]), а последует адронный газ[8]. Состоит из кварков, антикварков и глюонов[9].

Общее описание состояния

Внешние изображения
Фазовая диаграмма[10]

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[11] и делает вещество «квазибесцветным»[2], при этом восстановлена хиральная симметрия[12].

Предположительно вещество Вселенной находилось в состоянии кварк-глюонной плазмы в первые мгновения (около 10−11 с[13]) после Большого взрыва[14]. Также есть мнение, что именно свойства кварк-глюонной плазмы привели к барионной асимметрии Вселенной[2]. Сейчас кварк-глюонная плазма может на десятки йоктосекунд[15] образовываться при соударениях частиц очень высоких энергий. Время существования кварк-глюонной плазмы — миллиардные доли секунды[11]. 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[13][16]. Есть гипотеза, что атомные ядра в своём составе, кроме протонов и нейтронов, содержат «капельки» КГП, то есть ядра рассматриваются как гетерофазные системы[17].

Изучение кварк-глюонной плазмы

Раньше она рассматривалась как газ[11], ныне (с 2005 года[18]) считается жидкостью[2][13], 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[19]. Лаборатория физики сверхвысоких энергий НИИ физики им. Фока физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета участвует в работе проекта ALICE Большого адронного коллайдера над КГП.[20].

Кварк-глюонная плазма была получена экспериментально на ускорителе RHIC Брукхейвенской национальной лаборатории США в 2005 году. В феврале 2010 года там же была получена температура плазмы в 4 триллиона градусов[21].

На ускорителях КГП образуется в результате сильного взаимодействия между партонами (кварками и глюонами) нуклонов ускоренных частиц[9]. Но может ли она рождаться в протон-протонных столкновениях, неизвестно[22].

Максимальную температуру — свыше 10 триллионов градусов, получили в ноябре 2010 года на БАК[23].

В октябре 2017 года на Большом адронном коллайдере впервые сталкивались ядра ксенона для её исследования: определение критической энергии, необходимой для её образования[24].

Мезоны, погружённые в горячую кварк-глюонную плазму, плавятся[25].

Строящийся в России коллайдер NICA имеет исследование КГП одной из целей[26].

См. также

Примечания

  1. ↑ Эксперимент ALICE Архивировано 18 июня 2012 года.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Жарче Солнца. Все о плазме. Лента.Ру (28 июня 2012). Дата обращения: 26 января 2014. Архивировано 4 января 2014 года.
  3. ↑ Bohr, Henrik; Nielsen, H. B. Hadron production from a boiling quark soup: quark model predicting particle ratios in hadronic collisions (англ.) // Nuclear Physics B : journal. — 1977. — Vol. 128, no. 2. — P. 275. — doi:10.1016/0550-3213(77)90032-3. — Bibcode: 1977NuPhB.128..275B.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Кварк-глюонная плазма. Физическая энциклопедия. Дата обращения: 30 марта 2014. Архивировано 4 мая 2013 года.
  5. ↑ Многоликий протон Почему всё это интересно физикам?. Элементы.ру. Архивировано 24 августа 2011 года.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 В. Л. Коротких. Взрыв горячей ядерной материи. old.sinp.msu.ru. Архивировано 5 апреля 2013 года.
  7. ↑ Изучение ядерных столкновений. Элементы.ру. Дата обращения: 30 октября 2013. Архивировано 30 октября 2013 года.
  8. ↑ «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. Дата обращения: 8 сентября 2015. Архивировано 28 сентября 2015 года.
  9. ↑ 9,0 9,1 Антиматерия. Кварк-глюонная плазма Архивировано 5 марта 2014 года.
  10. ↑ Коллайдер NICA Наука. Дата обращения: 22 июня 2021. Архивировано 24 июня 2021 года.
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 И. Ройзен. Кварк-глюонная плазма. Наука и жизнь (март 2001). Дата обращения: 9 августа 2013. Архивировано 17 декабря 2015 года.
  12. ↑ И. М. Дремин, А. Б. Кайдалов. Квантовая хромодинамика и феноменология сильных взаимодействий. Успехи физических наук (март 2006). doi:10.3367/UFNr.0176.200603b.0275. — УФН 176 275–287 (2006). Дата обращения: 21 июня 2014. Архивировано 29 сентября 2013 года.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 И. Я. Арефьева. Голографическое описание кварк-глюонной плазмы, образующейся при столкновениях тяжелых ионов // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2014. Архивировано 28 августа 2013 года.
  14. ↑ Аствацатурян Марина. Эхо Москвы  :: Гранит науки В Европейском центре ядерных исследований (CERN) начался процесс перезапуска Большого адронного коллайдера, об этом ученые сообщили журналистам на прошлой неделе: Марина Аствацатурян. Эхо Москвы. Архивировано 19 мая 2014 года.
  15. ↑ Мгновение Йоктосекунды. Архивировано 17 августа 2015 года.
  16. ↑ В коре нейтронных звезд нашли неизвестный источник тепла. Лента.ру (2 декабря 2013). Дата обращения: 9 марта 2014. Архивировано 6 декабря 2013 года.
  17. ↑ КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА • Большая Российская Энциклопедия. Архивировано 23 апреля 2016 года.
  18. ↑ Крошечные капли кварк-глюонной плазмы образуются и в несимметричных ядерных столкновениях. Дата обращения: 6 июля 2020. Архивировано 21 сентября 2018 года.
  19. ↑ Э. В. Шуряк. Кварк-глюонная плазма // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1982. Архивировано 29 октября 2014 года.
  20. ↑ «Физики нашли ключ к тайнам Вселенной» Архивировано 4 марта 2016 года.
  21. ↑ BNL Newsroom - 'Perfect' Liquid Hot Enough to be Quark Soup. Protons, neutrons melt to produce «quark-gluon plasma» at RHIC. Архивировано 12 июня 2015 года.
  22. ↑ Появляются новые намеки на кварк-глюонную плазму в протонных столкновениях. Дата обращения: 6 июля 2020. Архивировано 21 сентября 2018 года.
  23. ↑ Компьютерра: Большой Взрыв на Большом Адронном Коллайдере. Архивировано 5 марта 2016 года.
  24. ↑ На Большом адронном коллайдере впервые столкнули ядра ксенона Архивировано 16 ноября 2017 года.
  25. ↑ Элементы - новости науки: Тяжелые мезоны по-разному плавятся в кварк-глюонной плазме. Архивировано 21 июля 2015 года.
  26. ↑ Коллайдер NICA. Дата обращения: 22 июня 2021. Архивировано 4 декабря 2020 года.

Литература

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Кварк-глюонная_плазма&oldid=18435042