夸克-胶子等离子体

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夸克-膠子漿成形於兩束相對論性加速的黃金離子對撞點，此對撞點位於STAR偵測器的中心；偵測器設於美國布魯克哈芬國家實驗室的相對論性重離子對撞機。

夸克-膠子漿（英語：quark-gluon plasma，简称QGP）是一種量子色動力學下的相態，所處環境為極高溫與極高密度。據信這種狀態存在於大霹靂宇宙誕生後的最初20或30微秒。歐洲核子研究中心（CERN）所屬的超級質子同步加速器的實驗首先嘗試創造出QGP，時間大約是1980年代與1990年代，而且可能已達成部分的成就。目前，布魯克哈芬國家實驗室的相對論性重離子對撞機（Relativistic Heavy Ion Collider，简称RHIC）的實驗正接續這項工作^[1]。CERN的新型實驗——大型離子對撞實驗（A Large Ion Collider Experiment，简称ALICE）^[2]馬上（約在2007至2008年）會在大型强子對撞機（Large Hadron Collider，简称LHC）展開。

[编辑] 基本介紹

夸克-膠子漿顧名思義含有夸克與膠子，如同普通（強子）物質。這兩種QCD的相態不同處在於：普通物質裡，夸克要不是與反夸克成雙成對而構成介子，或與另兩個夸克構成重子（例如質子與中子）。在QGP，相對地，這些介子與強子失去了身分，而成為更大一坨的夸克與膠子^[3]。在普通物質，夸克是呈現色約束的；在QGP，夸克則不受約束。

[编辑] 為什麼這是種粒子漿態？

電漿是一種物質，其中電荷因為其他移動的電荷存在而被屏蔽；換句話說，庫侖定律需被修改來產生一項和距離相依的電荷。在QGP中則是夸克與膠子的色荷被屏蔽。QGP則成為普通漿體（電漿）的類比。此外尚有些不相似之處，肇因於色荷是非阿貝爾群的（non-Abelian），而電荷是阿貝爾群的。

[编辑] 怎樣做理論方面的研究？

这个差异的一个结果为色荷太大以致於無法進行微擾計算，而微擾計算卻是量子電動力學（Quantum electrodynamics，简称QED）的支柱。因此，探索QGP理論的主要理論工具是晶格規範场論（lattice gauge theory）以及AdS/CFT對應。大約为170MeV的轉換溫度（transition temperature）首先為晶格規範理論所預測。自此，晶格規範理論也被用來預測這類物質的其他性質。

[编辑] 怎樣在實驗室創造出來？

QGP可以在一個170電子伏特的溫度（能級）产生。此情況可以在實驗室中以撞击兩個大型原子核達到如此高的能量。在CERN——歐洲核子研究中心和BNL——布鲁克海文国家实验室利用金和鉛的原子核進行以上的撞擊實驗。碰撞所生成的极高温的区间被称为“火球”。这个火球迅速地在自身压力之下膨胀并冷却下来。通过对此过程的仔细研究，实验学家们希望能检验理论预测。

[编辑] 怎樣和物理主軸接軌？

量子色動力學（QCD）是標準模型理論的一部分，此理論和電弱交亙作用和中微子有關。在現時，量子電動力學和電弱交亙作用已经被測試和證實了。量子色动力学的微扰部分可检验到百分之几的精度，与此相对应的是，其非微扰的部分却几乎未被检验过。对于QGP的研究是对这个例子物理的宏大理论的部分检验。

对于QGP的研究也是对于有限温度场子场论的一种检验。这种理论试图了解在极高温度下基本粒子的行为。这对于了解早期宇宙的演化（宇宙大爆炸后几百微秒的时间）非常重要。虽然看上去距离实际生活非常遥远，但是这对于研发新一代的宇宙探测器威尔金森微波各向异性探测器及其后继者是非常关键的研究。

[编辑] 預期的特徵

[编辑] 實驗狀況

若想了解更多細節，請參見RHIC實驗網頁[1]。

[编辑] 相關條目

[编辑] 新聞

2005年 4月，夸克物質的成形已獲試驗性地證實，實驗結果是由布魯克哈芬國家實驗室的相對論性重離子對撞機（RHIC）獲得。四个RHIC研究小组都造出夸克-膠子液體，帶有相當低的黏滯性。然而，与一般的假设相违背，QCD「漿體」尤其是接近於轉換溫度，究竟是該表現得像氣體或者液體，從理論上則不得而知。

[编辑] 注释

[编辑] 文獻與外部連結

（正体中文）科學人2006年6月號--再造大霹靂那瞬間
（英文）相對論性重離子對撞機(RHIC)於布魯克哈芬國家實驗室
（英文）Alice實驗於CERN
（英文）The Indian Lattice Gauge Theory Initiative
（英文）夸克物質評論：2004年理論, 2004年實驗
（英文）Lattice reviews: 2003, 2005
（英文）BBC article mentioning Brookhaven results
（英文）Physics News Update article on the quark-gluon liquid, with links to preprints

物理学分支

基础理论

研究领域

交叉和应用学科

[_note-0] ttp://www.bnl.gov/rhic/

[_note-1] ttp://aliceinfo.cern.ch/index.html

[_note-2] ttp://theory.tifr.res.in/~sgupta/ilgti/infocenter/

[1]

[2]

[3]