Kvark-gluonska plazma

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу
Kvark-gluonska plazma deo visoke gustine i visoke temperature na ovom pretpostavljenom faznom dijagramu za materiju jake interakcije.[1]

Kvark-gluonska plazma (engl. quark–gluon plasma - QGP) ili kvarkna supa[2] je stanje materije u kvantnoj hromodinamici (engl. quantum chromodynamics - QCD) koje postoji pri ekstremno visokoj teperaturi i/ili gustini. Smatra se da se ovo stanje sastoji od asimptotski slobodnih snažno interagujućih kvarkova i gluona, koji su obično ograničeni zatvaranjem boje unutar atomskih jezgara ili drugih hadrona. To je analogno konvencionalnoj plazmi u kojoj se jezgra i elektroni, zatvoreni unutar atoma elektrostatičkim silama u uslovima okruženja, mogu slobodno kretati. Veštačka kvarkna materija, koja je proizvedena u Relativističkom sudaraču teških jona Nacionalne laboratorije u Brukhejvenu i Velikom hadronskom sudaraču CERN-a, može se proizvesti u samo sićušnim količinama, nestabilna je i nemoguće ju je zadržati. Ona se radioaktivno raspada u deliću sekunde u stabilne čestice putem hadronizacije. Proizvedeni hadroni ili njihovi proizvodi raspadanja i gama zraci mogu se tada detektovati. U faznom dijagramu kvarkna materija, QGP se postavlja u režim visoke temperature i velike gustine, dok je obična materija hladna i razređena mešavina jezgara i vakuuma, a hipotetične kvarkne zvezde bi se sastojale od relativno hladne, ali guste kvarkne materije. Smatra se da je svemir tokom nekoliko milisekundi nakon Velikog praska, bio u stanju kvark-gluonske plazme, što je poznato kao kvarkna epoha.

Snaga sile boje znači da se za razliku plazme koja nalikuje gasu, kvark-gluonska plazma ponaša kao gotovo idealna Fermijeva tečnost, mada su istraživanja karakteristika protoka u toku.[3] Istraživački timovi u RHIC-u[4] i pri LHC-ovom Kompaktnom mionskom solenoidnom detektoru[5] tvrdili su da to tečnost ili da postoji čak skoro savršen protok tečnosti sa gotovo nikakvim otporom trenja ili viskoznosti. QGP se razlikuje od „slobodnih” sudara po nekoliko svojstava; na primer, njen sadržaj čestica ukazuje na privremenu hemijsku ravnotežu koja stvara višak stranih kvarkova srednje energije nasuprot neravnomernoj distribuciji koja meša lagane i teške kvarkove („stvaranje stranosti”), i ne dozvoljava prolazak mlazova čestica („gašenje mlazom”).

Eksperimenti na CERN-ovom Super protonskom sinhrotronu (SPS) prvi su pokušali da stvore QGP tokom 1980-ih i 1990-ih. Rezultati su podstakli CERN da objavi indirektne dokaze o „novom stanju materije”[6] 2010. godine. Naučnici pri Relativističkom sudaraču teških jona (RHIC) Brukhejvenske nationalne laboratorije saopštili su 2000. godine da su oni stvorili kvark-gluonsku plazmu sudarajući jone zlata gotovo brzinom svetlosti, dostižući temperaturu od 4 biliona stepeni Celzijusa.[7] Eksperimenti iz 2017. godine pri RHIC na Long Ajlandu (Njujork, SAD) i pri CERN-ovom Velikom hadronskom sudaraču u blizini Ženeve (Švajcarska) nastavljaju ovaj napor,[8][9] sudaranjem relativistički ubrzanog zlata i drugih vrsta jona (pri RHIC) ili olova (pri LHC) međusobno ili sa protonima.[9] Tri eksperimenta na CERN-ovom Velikom hadronskom sudaraču (LHC), na spektrometrima ALICE,[10] ATLAS i CMS, nastavili su proučavanjei svojstva QGP. CERN je privremeno prestao sa sudaranjem protona i počeli su rad na sudaranju olovnih jona za ALICE eksperiment 2011. godine, da bi stvorili QGP.[11] Nova rekordno velika temperatura je ostvarena u ALICE: Velikom eksperimentu jonskog sudarača pri CERN-u, avgusta 2012. godine. Njihova publikacija u časopisu Nature, navodi temperaturni opseg od 5,5 biliona (5,51012) kelvina.[12]

Opšti uvod[уреди]

Kvark–gluonska plazma je stanje materije u kome su elementarne čestice koje sačinjavaju hadrone barionske materije oslobođene od njihove jake međusobne privlačnosti pod ekstremno visokim energetskim gustinama. Ove čestice su kvarkovi i gluoni koji sačinjavaju barionsku materiju.[13] U normalnoj materiji kvarkovi su ograničeni; u QGP kvarkovi nemaju ta ograničenja. U klasičnoj QCD kvarkovi su fermionske komponente hadrona (mezoni i barioni), dok se gluoni smatraju bozonskim komponentama takvih čestica. Gluoni su nosači sile, ili bozoni, QCD sile boje, dok su sami kvarkovi njihovi fermionski pandani.

Iako su eksperimentalne visoke temperature i gustine predviđene kao neophodne za stvaranje kvark-gluonske plazme realizovane u laboratoriji, dobijena materija se ne ponaša kao kvazi idealno stanje slobodnih kvarkova i gluona, već, kao skoro savršena gusta tečnost.[14] Zapravo, činjenica da kvark-gluonska plazma još uvek neće biti „slobodna” na temperaturama ostvarenim u sadašnjim akceleratorima predviđena je 1984. godine kao posledica preostalih efekata zatočenja.[15][16]

Reference[уреди]

  1. ^ Philip John Siemens, Aksel S. Jensen. Elements of Nuclei: Many-Body Physics with the Strong Interaction. Avalon Publishing 1994.
  2. ^ Bohr, Henrik; Nielsen, H. B. (1977). „Hadron production from a boiling quark soup: quark model predicting particle ratios in hadronic collisions”. Nuclear Physics B. 128 (2): 275. Bibcode:1977NuPhB.128..275B. doi:10.1016/0550-3213(77)90032-3. 
  3. ^ „Quark-gluon plasma goes liquid”. physicsworld.com. Приступљено 2016-03-04. 
  4. ^ „BNL Newsroom | RHIC Scientists Serve Up 'Perfect' Liquid”. www.bnl.gov. Приступљено 2017-04-21. 
  5. ^ Eleanor Imster. „LHC creates liquid from Big Bang | Human World”. EarthSky. Приступљено 2016-03-04. 
  6. ^ „A New State of Matter – Experiments”. Newstate-matter.web.cern.ch. 2000-02-04. Приступљено 2016-03-04. 
  7. ^ Overbye, Dennis (2010-02-15). „In Brookhaven Collider, Briefly Breaking a Law of Nature”. The New York Times. ISSN 0362-4331. Приступљено 2017-04-21. 
  8. ^ „RHIC | Relativistic Heavy Ion Collider”. Bnl.gov. Приступљено 2016-03-04. 
  9. 9,0 9,1 'Perfect' Liquid Hot Enough to be Quark Soup
  10. ^ „Alice Experiment: The ALICE Portal”. Архивирано из оригинала на датум 13. 2. 2006. Приступљено 12. 7. 2005. 
  11. ^ „The LHC enters a new phase”. Приступљено 23. 11. 2016. 
  12. ^ „Hot stuff: CERN physicists create record-breaking subatomic soup : News blog”. Blogs.nature.com. 2012-08-13. Приступљено 2016-03-04. 
  13. ^ „Infocenter ILGTI: Indian Lattice Gauge Theory Initiative”. Архивирано из оригинала на датум 12. 2. 2005. Приступљено 20. 5. 2005. 
  14. ^ WA Zajc (2008). „The fluid nature of quark-gluon plasma”. Nuclear Physics A. 805 (1–4): 283c—294c. Bibcode:2008NuPhA.805..283Z. arXiv:0802.3552Слободан приступ. doi:10.1016/j.nuclphysa.2008.02.285. 
  15. ^ Plümer, M.; Raha, S. & Weiner, R. M. (1984). „How free is the quark-gluon plasma”. Nucl. Phys. A. 418: 549—557. Bibcode:1984NuPhA.418..549P. doi:10.1016/0375-9474(84)90575-X. 
  16. ^ Plümer, M.; Raha, S. & Weiner, R. M. (1984). „Effect of confinement on the sound velocity in a quark-gluon plasma”. Phys. Lett. B. 139 (3): 198—202. Bibcode:1984PhLB..139..198P. doi:10.1016/0370-2693(84)91244-9. 

Spoljašnje veze[уреди]