Кварк-глюонная плазма

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]). Состоит из кварков, антикварков и глюонов[8].

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[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].

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 США 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].