Quark-gluoizko plasma

Sarrera

QCD fase diagrama. R.S. Bhaleraok adaptatua.[1]

Quark-gluoizko plasma (QGP) tenperatura eta/edo dentsitatea oso altuak direnean existitzen den kromodinamika kuantikoaren (QCD) fase bat da. Materiaren egoera hau materiaren oinarrizko osagaiak diren eta ia aske dauden quark eta gluoiz osatua dago. Uste denez, Big Bangaren ondorengo lehen 20-30 mikrosegunduetan existitu zen. CERNen Super Proton Synchrotronean eginiko esperimentuek egoera hau, lehenik, 1980 eta 1990eko hamarkadetan lortzen saiatu ziren eta, beharbada, partzialki lortua izan zen. Gaur egun, AEBetako Brookhaven Laborategi Nazionaleko Ioi Erlatiboki Astunen Talkagailuarekin (RHIC) eginiko esperimentuek ahalegin honekin jarraitzen dute. CERNen LHC, ALICE, ATLAS eta CMSn hiru esperimentuek berri eviten ari dira, QGParen propietateen azterketarekin jarraituz.[2]

QGP quark eta gluoiez osatuta dago, materia hadroniko normala bezala. Kronodinamika kuantikoan (QCD) ez bezala, zeina quark bakoitza antiquark (mesoia) edo beste 2 quark-ekin (barioia) parekatzen den, QGPn quarkek eta gluoiek masa bat osatzen dute, aske geldituz.

Big Bangaren teoriaren arabera, quark-gluoizko plasmak unibertso guztia betetzen zuen, materia gaur egun ezagutzen dugun bezala eratu baino lehen. 2000. urtean quark-gluoizko[3] [4] plasma lehen aldiz detektatu zen CERN[5][6][7][8][9][10] laborategian, ioi astunak erabilita.[11][12][13]

Produkzioa

CERN-SPSren ioi astun erlatibisten programaren denbora-lerroa QGP aurkitu aurretik.

QGPa sor daiteke materia 1.66×10^12 K baino tenperatura altuagora berotzen bada. Prozesu hori laborategian lor daiteke, bi nukleo handiren artean energia-kantitate handiko talka eraginez. Hori egiteko, beruna eta urrea CERN SPSn eta RHICen erabili dira, hurrenez hurren. Nukleoak abiadura ultra-erlatibistetan azeleratzen dira, eta elkar joarazten dute uzkurtzen direnean. Gehien bat elkar zeharkatzen dira, baina talkaren ondoren su-bola (fireball) izeneko bolumen bero erresultantea sortzen da. Behin sortuta, su-bola hori zabaldu egiten da, bere presio propioagatik, eta zabaltzean hoztu egiten da. Fluxu hori aztertuz, teoria frogatu ahal izatea espero dute esperimentatzaileek.

Fisikaren eskema orokorrean duen tokia

Kromodinamika kuantikoa partikulen fisikaren teoria modernoaren zati bat da, eredu estandarra izenekoa. Teoria honen beste zati batzuk eredu elektroahularekin eta neutrinoekin erlazionatzen dira. Elektrodinamika kuantikoa eta eredu elektroahula ia guztiz frogatuak izan dira. QCDren kasuan, alderdi perturbatuaren ehuneko handi bat frogatua izan da, hauek nahiko aldaketa txikiak hartzen dituzte oinarrizko egoerarekiko, hau da, tenperatura eta dentsitate nahiko baxuak. Alderdi ez perturbatu beste aldetik, ia ez da frogatu. QGParen (QCDren fasea dena) azterketa, zeinak tenperatura zein dentsitate oso handiak ditu, Partikulen Fisikaren teoria finkatzeko ahaleginaren parte da.[14]

Esperotako propietateak

Termodinamika

[aldatu | aldatu iturburu kodea] Materia hadroniko normaletik QGP egoerara aldatzeko tenperatura 175 MeV ingurukoa da (Hagedorn-en tenperatura deritzona), eta 1 GeV/fm baino pixka bat gutxiagoko energia-dentsitateari dagokio. Materia erlatibistarentzat, presioa eta tenperatura ez dira aldagai independenteak; beraz, egoera-ekuazioa energia-dentsitatearen eta presioaren arteko erlazio bat da. Hori erretikuluen zenbaketen bidez aurkitu da, eta perturbazio teoriarekin eta soken teoriarekin alderatu da. Hori oraindik ikerketa aktiboko kontua da.

Fluxua

Ioi astunek azeleragailuan energia handiekin talka egin osteko lehen uneetan eratutako elkarrekintza-eremuaren irudikapen eskematikoa [15]

Egoera-ekuazioa sarrera garrantzitsua da fluxuaren ekuazioetan. Soinuaren abiadura, erretikuluen neurketetan, ikerketapean dago gaur egun. Quarken eta gluoien batez besteko ibilbide librea perturbazio teoria eta soken teoria erabiliz neurtu da. Erretikuluen neurketak motelagoak izan dira hemen, nahiz eta garraio-koefizienteen lehenengo zenbaketak duela gutxi amaitu diren. Horiek esan nahi dute quarken eta gluoien batez besteko denbora librea QGPan partikulen arteko batez besteko espazioarekin aldera daitekeela, beraz, QGP likidoa da, bere fluxu-propietateen arabera. Ikerketa-eremu aktiboa denez, ondorio horiek azkar eboluziona dezakete.

Esxitazio-espektroa

Propietate termodinamikoen eta fluxuaren azterketak esaten du QGPak ez duela quark eta gluoi ia askerik. Ideia asko eboluzionatzen ari dira gaur egun, eta etorkizun hurbilean egiaztatuko dira. Duela gutxi ezagutu da quark astunez osatutako mesoi batzuk (kuartze sorgindua, adibidez) ez direla disolbatzen tenperatura 350 MeV-era iritsi arte. Horrek plasman beste egoera mota asko existitu daitezkeela espekulatu du. Plasmaren zenbait propietate konstantek (adibidez, Debye-ren luzerak) murriztu egiten dute eszitazio-espektroa.

Glasma hipotesia

2008. urtetik, quarks-gluoien plasmaren aitzindari izan litekeen egoera bati buruz eztabaidatzen da, "Glasma" izenekoa. Egoera horretan, jantzitako partikulak, egoera kristalino (edo amorfoaren) batean kondentsatzen dira, egoera konfinatuaren eta likido plasmatikoaren arteko benetako trantsizioaren azpian.[16] Hori kristal metalikoak edo metal amorfoak sortzearen analogoa litzateke, metalaren likidotzea hasi baino lehen.

Quarks-gluoien plasmaren ekoizle gisa iragarritako tenperatura altuak eta dentsitate esperimentalak laborategian egin diren arren, lortutako materia ez da quarken eta gluoi askeen egoera kuasi-ideal gisa portatzen, baizik eta fluido dentso ia perfektu gisa.[17] Egia esan, egungo azeleragailuetan egindako tenperaturetan quarks-gluoien plasma oraindik "askea" ez izatea 1984an iragarri zen, konfinamenduaren hondar-efektuen ondorioz.[18][19]

Erreferentziak

  1. ↑ Bhalerao, Rajeev S. (2014). «Relativistic heavy-ion collisions». En Mulders, M.; Kawagoe, K., eds. 1st Asia-Europe-Pacific School of High-Energy Physics. CERN Yellow Reports: School Proceedings. CERN-2014-001 ; KEK-Proceedings-2013–8. Geneva: CERN. pp. 219-239. ISBN 9789290833994. OCLC 801745660. S2CID 119256218. doi:10.5170/CERN-2014-001
  2. ↑ «Alice Experiment: The ALICE Portal». web.archive.org. 13 de febrero de 2006. Archivado desde el original el 13 de febrero de 2006. Consultado el 21 de diciembre de 2022.
  3. ↑ Kapusta, J. I.; Müller, B.; Rafelski, Johann, eds. (2003). Plasma de quark-gluón: fundamentos teóricos. Ámsterdam: North-Holland. ISBN 978-0-444-51110-2.
  4. ↑ Jacob, M.; Tran Thanh Van, J. (1982). «Formación de materia de quarks y colisiones de iones pesados». Physics Reports (en inglés) 88 (5): 321-413. doi:10.1016/0370-1573(82)90083-7.
  5. ↑ CERN. Ginebra. Proton Synchrotron and Synchrocyclotron Committee, ed. (1980). cern.ch/record/679458 Carta de intenciones: estudio de la producción de partículas y la fragmentación del blanco en reacciones centrales de Ne sobre Pb a 12 GeV por nucleón de energía del haz externo PS del CERN.
  6. ↑ CERN. Ginebra. Proton Synchrotron and Synchrocyclotron Committee, ed. (1982). Estudio de reacciones relativistas núcleo-núcleo inducidas por haces de O de 9-13 GeV por nucleón en el PS del CERN. Ginebra: CERN.
  7. ↑ Middelkoop, Willem Cornelis (1982). Observaciones sobre el posible uso del SPS para haces de 0 iones. CERN. Ginebra. SPS Experiments Committee. Ginebra: CERN.
  8. ↑ CERN. Ginebra. SPS Experiments Committee, ed. (1983). Propuesta al SPSC: uso de la instalación para colisiones p-, -, y 0-uranio (CERN-SPSC-83-54). Ginebra: CERN.
  9. ↑ Albrow, M. G. (1983). Mannelli, Italo, ed. Experimentos con haces y blancos nucleares. CERN-83-02 2. Ginebra: CERN. pp. 462-476. doi:10.5170/CERN-1983-002-V-2.462.
  10. ↑ Quercigh, E. (2012). «Cuatro experimentos de iones pesados en el CERN-SPS: Un viaje por el carril de la memoria». Acta Physica Polonica B (en inglés) 43 (4): 771. ISSN 0587-4254. S2CID 126317771. doi:10.5506/APhysPolB.43.771.
  11. ↑ Rafelski, Johann (2015). «Fundiendo hadrones, hirviendo quarks». The European Physical Journal A 51 (9): 114. Bibcode:2015EPJA...51..114R. ISSN 1434-6001. S2CID 119191818. arXiv:1508.03260. doi:10.1140/epja/i2015-15114-0.
  12. ↑ Heinz, Ulrich; Jacob, Maurice (2000-02-16). «Evidencia de un nuevo estado de la materia: An Assessment of the Results from the CERN Lead Beam Programme». arXiv:nucl-th/0002042.
  13. ↑ Glanz, James (10 de febrero de 2000). «Físicos de partículas cada vez más cerca del estallido que lo empezó todo». The New York Times. ISSN 0362-4331. Consultado el 10 de mayo de 2020.
  14. ↑ Tanabashi, M.; Hagiwara, K.; Hikasa, K.; Nakamura, K.; Sumino, Y.; Takahashi, F.; Tanaka, J.; Agashe, K.; Aielli, G.; Amsler, C.; Antonelli, M. (2018). «Review of Particle Physics». Physical Review D (en inglés) 98 (3): 1-708. Bibcode:2018PhRvD..98c0001T. ISSN 2470-0010. PMID 10020536. doi:10.1103/PhysRevD.98.030001.
  15. ↑ Ollitrault, Jean-Yves (1992). "Anisotropy as a signature of transverse collective flow". Physical Review D. 46 (1): 229–245. Bibcode:1992PhRvD..46..229O. doi:10.1103/PhysRevD.46.229. ISSN 0556-2821. PMID 10014754.
  16. ↑ Venugopalan, Raju (2008). «From Glasma to Quark Gluon Plasma in heavy ion collisions». Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 35 (10): 104003. Bibcode:2008JPhG...35j4003V. S2CID 15121756. arXiv:0806.1356. doi:10.1088/0954-3899/35/10/104003.
  17. ↑ WA Zajc (2008). «The fluid nature of quark–gluon plasma». Nuclear Physics A 805 (1–4): 283c-294c. Bibcode:2008NuPhA.805..283Z. S2CID 119273920. arXiv:0802.3552. doi:10.1016/j.nuclphysa.2008.02.285.
  18. ↑ 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.
  19. ↑ 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.

Kanpo estekak