Кварк-глюонная плазма

Адроны – класс элементарных частиц, включающий в себя протоны и нейтроны. Они состоят из кварков, которые взаимодействуют с помощью глюонов. Кварки в свободном состоянии из-за явления конфайнмента не могут существовать. Создавая большие температуры и плотности, можно сблизить протоны и нейтроны, соответственно, и кварки друг с другом, создав новую форму состояния материи – кварк-глюонную плазму.

Экспериментаторами были получены капли кварк-глюонной плазмы. Ещё её называют – кварковая материя. Она представляет собой агрегатное состояние вещества, при котором адроны разделяются на асимптотически свободные кварки и глюоны. Это состояние аналогично плазме, когда атомы ионизируются, при этом происходит разделение зарядов, а ядра и электроны могут свободно перемещаться. Однако плазма остается квазинейтральной, то есть общий заряд внутри любой ее части равен нулю. Внутри адронов кварки удерживаются конфайнментом, при этом цвета (особая квантовая характеристика) каждого кварка должны компенсировать друг друга, в результате чего адронное вещество остаётся бесцветным. Кварк-глюонная плазма квазибесцветна.

Кварк-глюонная плазма, образующаяся при высоких температурах, является почти идеальной жидкостью, в которой отсутствует вязкость. Считается, что она существовала в первые мгновения Большого взрыва и быстро охладилась, что привело к адронизации – формированию бесцветных адронов из цветных кварков, антикварков и глюонов, которые при низких температурах не могут существовать в свободном состоянии.

Нейтронные звёзды в основном состоят из нейтронов, только в приповерхностном слое могут существовать тяжёлые ядра, протонные и электронные жидкости. Основная загадка нейтронных звёзд – из чего состоит их ядро? Существуют разные предположения на этот счёт. Основная гипотеза – оно состоит из кварк-глюонной плазмы.

Свойства кварк-глюонной плазмы собираются изучить на новом коллайдере NICA, который строят в Дубне под Москвой. Эта форма материи может иметь интересные и важные свойства, изучая которые мы глубже поймём природу мироздания, сможем глубже погрузиться в микромир и понять, что происходило после возникновения вселенной до образования вещества. Научной загадкой является то, как из кварк-глюонной плазмы образуются отдельные адроны, то есть как происходит этот фазовый переход.

Существует Стандартная модель элементарных частиц. Известно, что она не полна и требует дальнейшего развития. В частности, её пытаются заменить теорией суперструн или преонными моделями. Они развиваются независимо. Но предполагают, что в будущем теория суперструн и преонные модели могут быть объединены. Но пока ни те, ни другие теории полностью не отражают действительности и имеют недостатки. В процессе изучения кварк-глюонной плазмы разрешится вопрос – какая из существующих теорий близка к истине, и появятся новые теории, лучше объясняющие мироздание.