4.4 Кварк-глоюонна плазма

Кварк-глоюонна плазма (хромоплазма) — стан матерії, у якому кварки та глюони знаходяться у вільному, не зв'язаному у нуклонах, стані. На сьогодні відомо 4 стани речовини: газ, рідина, тверде тіло, плазма. Новий стан речовини можна отримати при великих баріонних густинах та енергіях.

Ідея кварк-глюонної плазми ґрунтується на припущенні екранування кольорового заряду, аналогічно екрануванню електричного заряду в плазмі. Окремі кварки та глюони не можуть існувати у вільному стані, завдяки явищу конфайнмента, яке дозволяє вільне існування тільки безколірних, або білих, частинок — баріонів та мезонів. Однак, при високій густині кварків та глюонів, взаємодія між ними може екрануватися і швидко зменшуватися з віддаллю. В такому разі кварки і глюони не об'єднувалися б в композитні частинки.

Поведінка кварк-глоюонної плазми описуються квантовою хромодинамікою. Відповідно до неї, для переходу речовини до такого стану необхідне перекривання квантовомеханічних функцій окремих адронів, що може бути досягнуто підвищенням тиску або теператури.

Звичайна баріонна речовина перетворюється на кварк-глюонну плазму при нагріванні до температури у 2 трильйони K, що відповідає енергії на одну частинку близько 175 МеВ. Густина квагми у декілька разів вища за густину звичайної нуклонної речовини.

Теоретичні обрахунки вказують, що кварк-глюонна плазма повинна мати властивості надплинної рідини.

Вважається, що кварк-глюонна плазма була одним із станів, через який пройшов у своїй еволюції Всесвіт у час до 10⁻⁵с після Великого вибуху.

На сучасному етапі матерія у стані кварк-глюонної плазми може існувати у центрі масивних нейтронних зірок, де внаслідок величезних тисків окремі баріони зливаються так, що їхні складові кварки набувають можливості вільно переміщуватися по усьому об'єму такої речовини.

Для експериментального отримання кварк-глюонної плазми використовуються зіткнення важких атомних ядер, як правило, золота або свинцю, прискорених до високих енергій. При їх зіткненні відбувається фазовий перехід частини ядерної речовини до стану кварк-глюонної плазми. Така ділянка існує близько10⁻²³с, після чого внаслідок розширення її температура знижується і відбувається зворотний процес адронізації, коли окремі кварки об'єднуються у мезони та баріони, які фіксуються відповідними детекторами.

Прояви кварк-глюонної плазми досліджує експеримент з фізики високих енергій RHIC (Брукхевен, США) та ATLAS (ЦЕРН). Дослідженням у цій галузі також планує займатися майбутній експеримент CBM (GSI, Дармштадт, Німеччина), а також колайдер на важких іонах NICA (ОІЯД, Дубна, Росія).

Вивчення кварк-глоюонної плазми є важливим для розуміння ранніх етапів еволюції Всесвіту, кінцевих стадій розвитку деяких зірок та та для стоворення об'єднуючої теорії фізичних взаємодій.

Висновок

Кваркова структура елементарних частинок свідчить про те, що більшість елементарних частинок які вважались істинно елементарними такими не виявились, і на мою думаку в подальшому людство зможе заглянути глибше ніж на данний момент воно здатне це зробити, адже кваркова гипотеза не єдина. Існують гіпотези (засновані на що спостерігається на досвіді симетрії між кварками і лептона в електромагнітних взаємодіях, а також на ідеях Великого об'єднання сил) про те, що кварки і лептони самі складаються з більш фундаментальних частинок - «преонів».

В кінці 50-х років думка, що теорія сильних взаємодій може бути побудована за аналогією до квантової електродинаміки, здавалася просто наївною. І все ж теорія сильних взаємодій виявилася теорією поля, мало того, теорією калібрувального поля, подібної електродинаміки.

Створення хромодинаміки свідчить про якісно нові властивості «кольорових» частинок і їх взаємодій в порівнянні з раніше вивченими об'єктами. Серед цих нових властивостей - щаслива для цієї теорії особливість взаємодії, його ослаблення на малих відстанях, що дозволило створити методи розрахунку глибоко непружних процесів.

Фізика не стоїть на місці, особливо фізика елементарних частинок. Ця одна з молодих областей знання, тому багато відкриттів ще попереду. Вона допоможе глибше зрозуміти будову світу і відкриє перед людством нові горизонти знання. На данний момент багато країн світу обьеднують свох фінансові можливості заради науки особливо науки пов’язаної із фізикою елементарних частинок.