Kvark-gluonska plazma

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]

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]

Kvark-gluonska plazma na Wikimedijinoj ostavi

• The Relativistic Heavy Ion Collider at Brookhaven National Laboratory
• The Alice Experiment at CERN
• The Indian Lattice Gauge Theory Initiative
• Quark matter reviews: 2004 theory, 2004 experiment
• Quark-Gluon Plasma reviews: 2011 theory
• Lattice reviews: 2003, 2005
• BBC article mentioning Brookhaven results (2005)
• Physics News Update article on the quark-gluon liquid, with links to preprints
• Read for free : "Hadrons and Quark-Gluon Plasma" by Jean Letessier and Johann Rafelski Cambridge University Press (2002) ISBN 0-521-38536-9, Cambridge, UK;