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
править
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
правитьРаньше 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
правитьПримечания
править- ↑ Эксперимент ALICE. Архивировано 18 июня 2012 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Жарче Солнца. Все о плазме. Лента.Ру (28 июня 2012). Дата обращения: 26 января 2014. Архивировано 4 января 2014 года.
- ↑ 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. — .
- ↑ 1 2 3 Кварк-глюонная плазма. Физическая энциклопедия. Дата обращения: 30 марта 2014. Архивировано 4 мая 2013 года.
- ↑ Многоликий протон Почему всё это интересно физикам? Элементы.ру. Архивировано 14 октября 2011 года.
- ↑ 1 2 3 В. Л. Коротких. Взрыв горячей ядерной материи. old.sinp.msu.ru. Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ Изучение ядерных столкновений. Элементы.ру. Дата обращения: 30 октября 2013. Архивировано 30 октября 2013 года.
- ↑ «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.
- ↑ 1 2 Антиматерия. Кварк-глюонная плазма. Архивировано 5 марта 2014 года.
- ↑ Коллайдер NICA Наука. Дата обращения: 22 июня 2021. Архивировано 24 июня 2021 года.
- ↑ 1 2 3 И. Ройзен. Кварк-глюонная плазма. Наука и жизнь (март 2001). Дата обращения: 9 августа 2013. Архивировано 17 декабря 2015 года.
- ↑ 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 27 сентября 2013 года.
- ↑ 1 2 3 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.
- ↑ 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.
- ↑ Мгновение Йоктосекунды. Архивировано 17 августа 2015 года.
- ↑ В коре нейтронных звезд нашли неизвестный источник тепла. Лента.ру (2 декабря 2013). Дата обращения: 9 марта 2014. Архивировано 6 декабря 2013 года.
- ↑ КВАРК-ГЛЮО́ННАЯ ПЛА́ЗМА : [арх. 23 апреля 2016] / В. П. Шелест // Канцелярия конфискации — Киргизы. — М. : Большая российская энциклопедия, 2009. — С. 480. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 13). — ISBN 978-5-85270-344-6.
- ↑ Крошечные капли кварк-глюонной плазмы образуются и в несимметричных ядерных столкновениях. Дата обращения: 6 июля 2020. Архивировано 21 сентября 2018 года.
- ↑ Э. В. Шуряк. Кварк-глюонная плазма // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1982. Архивировано 29 октября 2014 года.
- ↑ «Физики нашли ключ к тайнам Вселенной». Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ 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.
- ↑ Появляются новые намеки на кварк-глюонную плазму в протонных столкновениях. Дата обращения: 6 июля 2020. Архивировано 21 сентября 2018 года.
- ↑ Компьютерра: Большой Взрыв на Большом Адронном Коллайдере. Архивировано 5 марта 2016 года.
- ↑ На Большом адронном коллайдере впервые столкнули ядра ксенона. Архивировано 16 ноября 2017 года.
- ↑ Элементы - новости науки: Тяжелые мезоны по-разному плавятся в кварк-глюонной плазме. Архивировано 21 июля 2015 года.
- ↑ Коллайдер NICA. Дата обращения: 22 июня 2021. Архивировано 4 декабря 2020 года.
Литература
править- И. М. Дремин, А. В. Леонидов. Кварк-глюонная среда // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2010. — Т. 180. — С. 1167—1196.
- The Large Hadron Collider: Harvest of Run 1 с. 4, 65, 356—357, 359, 361, 412, 419, 518. Архивировано 17 октября 2017 года. Опубликована монография по результатам LHC Run 1. Архивировано из оригинала 21 июня 2015 года.
- Jean Letessier, Johann Rafelski, T. Ericson, P. Y. Landshoff. Hadrons and Quark-Gluon Plasma. — Cambridge University Press, 2002. — 415 p. — ISBN 9780511037276.
Ссылки
править- The Relativistic Heavy Ion Collider. Архивировано 3 марта 2016 года. at Brookhaven National Laboratory. Архивировано 13 июня 2006 года.
- The Alice Experiment. Архивировано 2 июня 2011 года. at CERN. Архивировано 26 июля 2007 года.
- The Indian Lattice Gauge Theory Initiative. Архивировано 8 марта 2005 года.
- RHIC Videos Science Friday Explains «How to Make Quark Soup» (англ.). Архивировано 26 февраля 2015 года.
- Плавление атомных ядер происходит в два этапа? Архивировано 21 января 2015 года.
- Тяжелые мезоны по-разному плавятся в кварк-глюонной плазме. Архивировано 20 августа 2013 года.
- КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА — НОВОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА. Архивировано 24 июня 2021 года.
- Коллективные эффекты в столкновениях ультрарелятивистских ядер. Архивировано 11 июня 2017 года.
- «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. Архивировано из оригинала 6 апреля 2017 года.
- На Большом адронном коллайдере, возможно, получен новый тип материи. Архивировано 5 мая 2014 года.
- На БАК получено вещество, существовавшее через 0,00000000001 сек после Большого взрыва. Архивировано 10 августа 2017 года.
- Ученые создали новую материю. Архивировано 6 июня 2014 года.
- Коллайдер NICA Наука. Архивировано 24 июня 2021 года.
- Диагностика кварк-глюонной плазмы с помощью жестких кхд-процессов в ультрарелятивистских соударениях ядер
- Rice physicist will search for «quark-gluon plasma» at the LHC (англ.). Архивировано 15 мая 2021 года.
- What shines brighter, Glasma or Quark-Gluon Plasma? Архивировано 24 июня 2021 года.