Menu

Jakie własności ma plazma kwarkowo-gluonowa?

Cząstki elementarne Materia

Pytanie

Pyta Piotr

W wysokich gęstościach i/lub temperaturach można uzyskać różne fazy materii. W tych pytaniach skupię się na właśnie na takich fazach materii.

1) Jeśli plazma kwarkowo-gluonowa zostanie jeszcze mocniej skompresowana (do większej gęstości niż jest jej domyślna) poprzez użycie zewnętrznego pola elektromagnetycznego o ogromnym napięciu i gdy zostanie utrzymana tak ściśnięta, a temperatura plazmy spadnie poniżej T ⩾ 170 MeV, to czy po zaniku pola magnetycznego taka plazma zamieniłaby się w materię kwarkową czy powstałby gaz hadronowy?

2) Skąd w plazmie kwarkowo-gluonowej bierze się kwark dziwny? Czy występuje on w materii kwarkowej? Czy gdybym rozgrzał materię składającą się z barionów delta o ładunku 2+ (skład kwarkowy: uuu) do stanu plazmy kwarkowo-gluonowej, to czy mimo wszystko w plazmie znajdowałyby się kwarki dziwne? A jeśli tak, to skąd?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

ad 1) Rozumiem, że pytanie ma charakter czysto teoretyczny. Nie dysponujemy w praktyce tak silnymi polami elektromagnetycznymi, aby można było w nich utrzymać plazmę kwarkowo-gluonową. Co więcej, maksymalne natężenia niejednorodnych pól elektromagnetycznych są ograniczone przez zjawisko kreacji par elektron-pozyton. Zawsze jednak możemy pytać o zachowanie się układu bardzo wielu kwarków i gluonów w różnych ciśnieniach i temperaturach. Pytanie więc w zasadzie dotyczy diagramu fazowego dla takiego układu: przy jakich ciśnieniach i temperaturach będzie on plazmą kwarkowo-gluonową, a przy jakich – gazem hadronowym. Doświadczenia w eksperymencie ALICE przy LHC dostarczają nam ciągle nowej wiedzy na ten temat.

ad 2) Jeśli temperatura plazmy kwarkowo-gluonowej jest odpowiednio wysoka, to pary (kwark dziwny)-(antykwark dziwny) mogą być produkowane w zderzeniach dwóch gluonów. Jest to zjawisko bardzo podobne do kreacji par elektron-pozyton w zderzeniu dwóch fotonów. W plazmie elektronowo-protonowej zaczną pojawiać się również pozytony, jeśli jej temperatura będzie wyższa niż $m_e c^2$, czyli około pół megaelektronowolta. Kwarki i antykwarki dziwne w plazmie kwarkowo-gluonowej pojawią się, gdy temperatura będzie wyższa niż $m_s c^2$, co jest bliskie (co do rzędu wielkości) podanej w pytaniu temperaturze $170\,{\rm MeV}$.