[科普中國]-夸克-膠子電漿

夸克-膠子等離子體（英語：quark-gluon plasma，簡稱QGP），俗稱夸克湯（quark soup），是一種量子色動力學下的相態(tài)，所處環(huán)境為極高溫與極高密度。據(jù)信這種狀態(tài)存在于大爆炸宇宙誕生后的最初20或30微秒。歐洲核子研究中心（CERN）所屬的超級質(zhì)子同步加速器的實驗首先嘗試創(chuàng)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，簡稱RHIC）的實驗正接續(xù)這項工作。CERN的新型實驗——大型離子對撞機實驗和超環(huán)面儀器實驗都已在大型強子對撞機（Large Hadron Collider，簡稱LHC）展開。

簡介夸克-膠子等離子體（英語：quark-gluon plasma，簡稱QGP），俗稱夸克湯（quark soup），是一種量子色動力學下的相態(tài)，所處環(huán)境為極高溫與極高密度。據(jù)信這種狀態(tài)存在于大爆炸宇宙誕生后的最初20或30微秒。歐洲核子研究中心（CERN）所屬的超級質(zhì)子同步加速器的實驗首先嘗試創(chuàng)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，簡稱RHIC）的實驗正接續(xù)這項工作。CERN的新型實驗——大型離子對撞機實驗和超環(huán)面儀器實驗都已在大型強子對撞機（Large Hadron Collider，簡稱LHC）展開。1

基本介紹夸克-膠子等離子體顧名思義含有夸克與膠子，如同普通（強子）物質(zhì)。這兩種QCD的相態(tài)不同處在于：普通物質(zhì)里，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(zhì)子與中子）。在QGP，相對地，這些介子與強子失去了身份，而成為更大一坨的夸克與膠子。在普通物質(zhì)，夸克是呈現(xiàn)色約束的；在QGP，夸克則不受約束。

等離子體是一種物質(zhì)，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(chǎn)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（等離子體）的類比。此外尚有些不相似之處，肇因于色荷是非阿貝爾群的（non-Abelian），而電荷是阿貝爾群的。

這個差異的一個結果為色荷太大以致于無法進行攝動計算，而攝動計算卻是量子電動力學（Quantum electrodynamics，簡稱QED）的支柱。因此，探索QGP理論的主要理論工具是晶格規(guī)范場論（lattice gauge theory）以及AdS/CFT對應。大約為170MeV的轉換溫度（transition temperature）首先為晶格規(guī)范理論所預測。自此，晶格規(guī)范理論也被用來預測這類物質(zhì)的其他性質(zhì)。

QGP可以在一個170MeV的溫度（能級）產(chǎn)生。此情況可以在實驗室中以撞擊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——布魯克海文國家實驗室利用金和鉛的原子核進行以上的撞擊實驗。碰撞所生成的極高溫的區(qū)間被稱為“火球”。這個火球迅速地在自身壓力之下膨脹并冷卻下來。通過對此過程的仔細研究，實驗學家們希望能檢驗理論預測。

量子色動力學（QCD）是標準模型理論的一部分，此理論和弱電相互作用和中微子有關。在現(xiàn)時，量子電動力學和弱電相互作用已經(jīng)被測試和證實了。量子色動力學的微擾部分可檢驗到百分之幾的精度，與此相對應的是，其非微擾的部分卻幾乎未被檢驗過。對于QGP的研究是對這個粒子物理的宏大理論的部分檢驗。

對于QGP的研究也是對于有限溫度場子場論的一種檢驗。這種理論試圖了解在極高溫度下基本粒子的行為。這對于了解早期宇宙的演化（宇宙大爆炸后幾百微秒的時間）非常重要。雖然看上去距離實際生活非常遙遠，但是這對于研發(fā)新一代的宇宙探測器威爾金森微波各向異性探測器及其后繼者是非常關鍵的研究。2

實驗狀況單粒子譜

奇異性制造

噴射流

擾動

相關條目量子色動力學

強子（即介子與重子）和色約束

量子電動力學

等離子體

相對論性等離子體

夸克物質(zhì)

奇異物質(zhì)

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學