Преглед на кода на Кварк-глуонна плазма

[[Файл:Phases of Nuclear Matter.JPG|мини|Кварк-глуонната плазма се намира в частта с висока температура и висока плътност върху тази теоретична диграма за [[Силно ядрено взаимодействие|силно взаимодействаща]] материя.<ref>Philip John Siemens, Aksel S. Jensen. ''Elements of Nuclei: Many-Body Physics with the Strong Interaction.'' Avalon Publishing 1994.</ref>]]

'''Кварк-глуонна плазма''' ('''КГП''') или '''кваркова супа'''<ref>{{cite journal|bibcode=1977NuPhB.128..275B|author1=Bohr, Henrik|author2=Nielsen, H. B.|doi=10.1016/0550 – 3213(77)90032 – 3|year=1977|page=275|issue=2|volume=128|journal=Nuclear Physics B |title=Hadron production from a boiling quark soup: quark model predicting particle ratios in hadronic collisions}}</ref><ref>{{cite book|title=Уравнения состояния вещества. От идеального газа до кварк-глюонной плазмы|author=Владимир Фортов|page=453|location=Москва|publisher=ФИЗМАТЛИТ|year=2013|isbn=978-5-9221-1415-8|url=https://books.google.bg/books?id=Qv93CwAAQBAJ}}</ref> е [[агрегатно състояние]] в [[квантова хромодинамика|квантовата хромодинамика]], което съществува при изключително висока [[температура]] и/или [[плътност]]. Това състояние се смята, че [[Асимптотична свобода|асимптотично свободни]], [[Силно ядрено взаимодействие|силно взаимодействащи]] [[кварк]]и и [[глуон]]и, които обикновено са ограничени в атомните ядра или други [[адрон]]и. Това е в аналогия с обичайната [[плазма]], където ядра и [[електрон]]и, ограничени в атоми от [[Закон на Кулон|електростатични сили]], могат да се движат свободно. Изкуствена кваркова материя, произведена в [[Брукхейвънска национална лаборатория|Брукхейвънската национална лаборатория]] и [[Голям адронен ускорител|Големия адронен ускорител]], може да бъде създадена само в минутни количества, нестабилна е и невъзможна за задържане и би се разпаднала радиоактивно в части от секундата в стабилни частици чрез [[адронизация]]. Тогава произведените адрони или техните продукти на разпад и [[гама лъчи]] могат да бъдат засечени. В диаграма на състоянията на кварковата материя, кварк-глуонната плазма е поставена в режим на висока температура и голяма плътност, докато обикновената материя е студена и рядка смес от ядра и вакуум, а хипотетичните [[кваркова звезда|кваркови звезди]] биха се състояли от относително студена, но плътна материя. Смята се, че до няколко милисекунди след [[Големия взрив]], Вселената е била в състояние на кварк-глуонна плазма.

Големината на силното ядрено взаимодействие означава, че за разлика от газоподобната плазма, кварк-глуонната плазма се държи като почти идеална [[течност на Ферми]], въпреки че изследвания все още се провеждат.<ref>{{cite web|url=http://physicsworld.com/cws/article/news/2005/apr/19/quark-gluon-plasma-goes-liquid |title=Quark-gluon plasma goes liquid |publisher=physicsworld.com}}</ref> КГП се различава от „свободно“ събитие на сблъсък по няколко характеристики. Например, съдържанието ѝ на частици е показателно за временно [[химично равновесие]], създавайки излишък от [[Странен кварк|странни кварки]] със средна енергия и не позволявайки на струи от частици да преминават.

Експерименти в [[ЦЕРН]] за пръв опитват да получат КГП през 1980-те и 1990-те години: резултатите карат ЦЕРН да съобщи косвено доказателство за „ново агрегатно състояние на материята“ през 2000 г.<ref>{{cite web |url=http://newstate-matter.web.cern.ch/newstate-matter/Experiments.html |title=A New State of Matter – Experiments |publisher=Newstate-matter.web.cern.ch |date=4 февруари 2000 |достъп_дата=2017-12-03 |архив_дата=2017-08-11 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20170811143643/http://newstate-matter.web.cern.ch/newstate-matter/Experiments.html }}</ref> През 2010 г. учени от Брукхейвънската национална лаборатория съобщават, че са създали кварк-глуонна плазма чрез сблъскване на златни йони при скорост, близка до скоростта на светлината, достигайки температури от 4 трилиона градуса по Целзий.<ref>{{Cite news|url=https://www.nytimes.com/2010/02/16/science/16quark.html|title=In Brookhaven Collider, Briefly Breaking a Law of Nature|last=Overbye|first=Dennis|date=15 февруари 2010|work=The New York Times|issn=0362 – 4331}}</ref> Днешните експерименти (2017 г.) продължават тези усилия,<ref>{{cite web|url=http://www.bnl.gov/rhic/ |title=RHIC &#124; Relativistic Heavy Ion Collider |publisher=Bnl.gov}}</ref> като сблъскват релативистично ускорени златни или оловни йони едни в други или в протони.<ref name="RHIC">[http://www.bnl.gov/rhic/news2/news.asp?a=1074&t=pr 'Perfect' Liquid Hot Enough to be Quark Soup]{{Dead link|date=март 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> През август 2012 г. в ЦЕРН е достигната нова рекордна температура от 5,5 трилиона келвина.<ref>{{cite web |url=http://blogs.nature.com/news/2012/08/hot-stuff-cern-physicists-create-record-breaking-subatomic-soup.html |title=Hot stuff: CERN physicists create record-breaking subatomic soup: News blog |publisher=Blogs.nature.com |date=13 август 2012 |достъп_дата=2017-12-03 |архив_дата=2016-03-04 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20160304203826/http://blogs.nature.com/news/2012/08/hot-stuff-cern-physicists-create-record-breaking-subatomic-soup.html }}</ref>

== Общи сведения ==
Кварк-глуонната плазма е агрегатно състояние, при което елементарните частици, които съставят адроните на [[барион]]ната материя, са освободени от тяхното [[силно ядрено взаимодействие]] под изключително висока [[енергийна плътност]]. Тези частици са кварките и глуоните, които съставляват барионната материя.<ref>{{cite web |title=Infocenter ILGTI: Indian Lattice Gauge Theory Initiative |url=http://theory.tifr.res.in/~sgupta/ilgti/infocenter/ |достъп_дата=2017-12-03 |архив_дата=2005-02-12 |архив_уеб_адрес=https://web.archive.org/web/20050212185849/http://theory.tifr.res.in/~sgupta/ilgti/infocenter/ }}</ref> В нормалната материя, кварките са ограничени, докато в КГП не са ограничени. В класическата квантова хромодинамика, кварките са [[фермион]]ните компоненти на адроните, докато глуоните се считат за [[бозон]]ните компоненти на адроните.

Въпреки че експерименталните високи температури и плътности предсказват създаването на кварк-глуонна плазма, което е реализирано и в лабораторни условия, създадената материя не се държи като почти идеално състояние на свободни кварки и глуони, а по-скоро като почти идеално плътен флуид.<ref name=Zajc>{{Cite journal |title=The fluid nature of quark-gluon plasma |author= WA Zajc |journal=Nuclear Physics A |year=2008 |volume=805 |pages=283c–294c |doi=10.1016/j.nuclphysa.2008.02.285 |arxiv=0802.3552 |postscript=.|bibcode = 2008NuPhA.805..283Z }}</ref> Всъщност, фактът, че кварк-глуонната плазма все още не би била „свободна“ при температури, реализирани в настоящите ускорители, е предсказан още през 1984 г. като последствие на остатъчните ефекти на ограничението.<ref>{{Cite journal |title=How free is the quark-gluon plasma |first=M. |last=Plümer |first2=S. |last2=Raha |lastauthoramp=yes |first3=R. M. |last3=Weiner |journal=Nucl. Phys. A |volume=418 |issue= |year=1984 |pages=549 – 557 |doi=10.1016/0375 – 9474(84)90575-X |postscript=. |bibcode = 1984NuPhA.418..549P }}</ref><ref>{{Cite journal |first=M. |last=Plümer |first2=S. |last2=Raha |lastauthoramp=yes |first3=R. M. |last3=Weiner |title=Effect of confinement on the sound velocity in a quark-gluon plasma |journal=Phys. Lett. B |volume=139 |issue=3 |pages=198 – 202 |year=1984 |doi=10.1016/0370 – 2693(84)91244 – 9 |postscript=. |bibcode = 1984PhLB..139..198P }}</ref>

КГП е една част от съвременната теория на [[физика на частиците|физиката на частиците]], наречена [[Стандартен модел]]. Други части от тази теория се занимават с [[електрослабо взаимодействие|електрослабите взаимодействия]] и [[неутрино]]. [[Квантова електродинамика|Теорията на електродинамиката]] е тествана и правилна до няколко части на милиард. Теорията на електрослабото взаимодействие е тествана и правилна до няколко части на хиляда. Пертурбативните модели считат относително малко промени от най-ниското енергийно ниво на атома, т.е. относително ниски температура и плътност, което опростява изчисленията за сметка на общоприложимостта. Непертурбативните форми на КГП, обаче, почти не са тествани. Изучаването на КГП, която има висока температура и плътност, е част от усилията да се консолидира голямата теория на физиката на елементарните частици.

Изучаването на КГП, също така, е поле за тестване на теорията на полето на крайната температура, клон от теоретичната физика, който цели да разбере физиката на елементарните частици под условията на високи температури. Такива теории са важни за разбирането на ранната еволюция на Вселената – първите стотина микросекунди. Също така, е от значение за [[Теория на великото обединение|теорията на великото обединение]], която цели да обедини трите фундаментални сили на природата (без гравитацията).

=== Връзка с нормалната плазма ===
[[Плазма]] е материя, при която зарядите се екранират, поради наличието на други подвижни заряди. Например, [[Закон на Кулон|законът на Кулон]] е потиснат от екранирането, за да даде заряд, зависещ от разстоянието, <math>Q \rightarrow Q e^{-r/\alpha}</math>, т.е. зарядът Q намалява експоненциално с разстоянието, разделено на екранирана дължина α. При КГП, [[Цветен заряд|цветният заряд]] на кварките и глуоните е екраниран. КГП има други аналогии с нормалната плазма. Има, също така, различия, тъй като цветният заряд е [[Неабелева група|неабелев]], докато електричният заряд е [[Абелева група|абелев]]. Извън ограничен обем от КГП, цвят-електричното поле не се екранира, така че обем от КГП трябва все още да е цвят-неутрално. Следователно, също както ядрата, той би имал цяло число за електричен заряд.

Поради участието на изключително високи енергии, се произвеждат двойки кварк-антикварк чрез [[създаване на двойка]] и оттук КГП е сравнително равна смес от кварки и антикварки с различен [[Аромат (физика)|аромат]], като кварките имат само малък превес. Това свойство не е обща черта на обичайната плазма, която може да е твърде хладна за създаване на двойка.

=== Теория ===
Едно последствие на тези различия е, че [[Цветен заряд|цветният заряд]] е твърде голям за петрурбативни изчисления, които са опората на [[Квантова електродинамика|квантовата електродинамика]]. Впоследствие, основните теоретични инструменти за изследването на теорията на КГП е [[мрежеста калибровъчна теория|мрежестата калибровъчна теория]].<ref name="Karsch">[http://arxiv.org/PS_cache/hep-lat/pdf/9503/9503010v1.pdf arxiv.org]</ref><ref>{{Cite journal |title=The Quark-Gluon Plasma |journal=Nuclear Physics A |volume=862 – 863 |pages=4 |doi=10.1016/j.nuclphysa.2011.05.014|year=2011 |arxiv=1101.3937 |last1=Satz |first1=Helmut |bibcode = 2011NuPhA.862....4S }}</ref> Преходната температура (приблизително 175 [[Електронволт|MeV]]) е предсказана за пръв път чрез тази теория. Оттогава насам мрежестата калибровъчна теория се използва за предсказване на много други свойства на този вид материя. Счита се, че КГП е състояние на квантовата хромодинамика, която е в локално температурно равновесие.

== Създаване ==
КГП може да бъде създадена чрез загряване на материята до температура 2 × 10<sup>12</sup> [[келвин|K]], което се равнява на 175 MeV на частица. Това може да бъде постигнато чрез сблъскването на две големи ядра с висока енергия. [[Олово|Оловни]] и [[Злато|златни]] ядра се използват за такива сблъсъци в [[ЦЕРН]] и [[Брукхейвънска национална лаборатория|Брукхейвънската национална лаборатория]]
, съответно. Ядрата се ускоряват до релативистични скорости и се насочват едно срещу друго, създавайки огнена топка в редкия случай на сблъсък. Хидродинамичната симулация предсказва, че тази огнена топка би се разширила под собственото си налягане и би се охладила, докато се разширява. След като сферичният и елиптичният поток се изучат внимателно, експериментаторите тестват теорията.

През април 2005 г. образуването кваркова материя е колебливо потвърдено от резултати, получени в Брукхейвънската национална лаборатория. Консенсусът на четири научни групи е, че са създали кварк-глуонна течност с много нисък [[вискозитет]]. Все пак, противно на широко разпространеното предположение по това време, все още е неизвестно от теоретичните предположения дали „плазмата“, особено близо до преходна температура, би се държала като газ или течност. Авторите, подкрепящи слабо взаимодействащата интерпретация, извличат предположенията си от мрежести хромодинамични изчисления, където гъстотата на ентропията на кварк-глуонната плазма приближава границата на слабото взаимодействие. Все пак, тъй като плътността на енергията показва значително отклонение от границата на слабото взаимодействие, много автори сочат, че всъщност няма причина плазма близо до преходната точка, да се счита за слабо взаимодействаща като електромагнитна плазма.<ref>{{cite book |arxiv=nucl-th/0403032 |author=Miklos Gyulassy |title=The QGP Discovered at RHIC |url=https://archive.org/details/arxiv-nucl-th0403032 |class=nucl-th |year=2004}}</ref>

== Вижте също ==
* [[Плазма]]

== Източници ==
<references/>

[[Категория:Квантова хромодинамика]]
[[Категория:Плазмена физика]]
[[Категория:Агрегатни състояния]]
[[Категория:Глуони]]