پلاسمای کوارک - گلوئون

در مواد معمولی، کوارک ها درون هادرون‌ها محبوس می باشند مثلا، یک هسته ی اتمی را می توان به شکل حالت مقیدی از پروتون‌ ها و نوترون ها در نظر گرفت. با این حال، با افزایش چگالی انرژی، یک گذار فازی به حالتی رخ می دهد، که در آن ها هادرون های منفرد هویت‌شان را از دست داده، و کوارک ها و گلوئون‌ها برای حرکت در حجمی که در مقایسه با یک هادرون بزرگ است، آزاد می شوند.

محاسبات نظریهی پیمانه ای تقریب شبکه پیشنهاد می کند، این امر می تواند در یک چگالی انرژی از مرتبه 1GeV fm‐³ رخ دهد، یعنی حدود ۶ برابر چگالی انرژی در مرکز یک هسته ی سنگین، و حالت جدید حاصل شده از ماده یک پلاسمای کوارک - گلوئون نامیده می شود.

باور بر این است که، یک پلاسمای کوارک - گلوئون چند میکروثانیه بعد از انفجار بزرگ وجود داشته و امروزه نیز ممکن است در مرکز ستاره های نوترونی وجود داشته باشد.

یک پلاسمای کوارک - گلوئون، ممکن است در برخورد بین یون های سنگین، به شرط آن کهانرژی برخورد به حد کافی بزرگ باشد، ایجاد شود. گام‌های شکل گیری یک چنین پلاسمایی و به دنبال آن انبساط و سرد شدن هادرون های زیاد حاصل، به طور طرح وار نشان داده شده است.

برخوردهای انرژی - بالا، بین یون های سنگین، همراه با برخورد دهنده ی یون سنگین نسبیتی (RHIC) در آزمایشگاه ملی Brookhaven در CERN مورد مطالعه قرار گرفته اند. RHIC نوعی، دو باریک دوار - پر بندی از یون های طلای کاملا خالص را در یک انرژی بیشینه یGeV 200 بر هسته، با یکدیگر برخورد می دهد. یون ها به طور هم مرکز با هم برخورد داده می شوند (یعنی رودررو) و چندین هزار ذره در حالت نهایی تولید می شوند. مثالی از این رویداد در آشکارساز STAR دیده شده است.

سؤال کلیدی این است که آیا چگالی - انرژی در برخوردها، به منظور تولید یک پلاسمای کوارک ۔ گلوئون و به دنبال آن برای خنک کردن فازها، کافی است یا خیر؟ رهنمودهای زیادی برای پاسخ به این سؤال وجود دارد، که شامل فراوانی نسبی انواع ذرات حالت نهایی مختلف می باشد.

مثلا تعداد زیاد گلوئون ها در پلاسما به تکثير زوج های ^_ss ، از طریق هم جوشی گلوئونی ss_^ <--- gg ، و در نتیجه تولید ذرات شگفت در افزونی آن چه که از برخوردهای نوکلئون - نوکلئون در انرژی های بسیار بالا مورد انتظار است، منتهی می شود.

به عبارت دیگر تولید J/ψ سرکوب می شود، چرا که کوارک های C و ^_C تولید شده (هم چنین از هم جوشی گلوئون) توسط کوارک های زیادی از طعم های دیگر، تفکیک شده، و در عوض به توليد مزون های افسون، یعنی مزون های D، منتهی می شوند.

در عمل این استدلال ها به این که چه مدت کوارک ها در ناحیه مرکزی پلاسما باقی می مانند، بستگی داشته و این امر به بستگی‌های زاویه ای که مبانی آزمون های کامل تری را فراهم می کند، منتهی خواهد شد.

همه اندازه گیری های کنونی، با چگالی انرژی پیش بینی شده ای که در آن هادرونها شکل می گیرند، سازگار است حال آنکه چگالی گلوله آتشین اولیه، به طور قابل توجهی بالاتر است.

آزمایش های آتی در RHIC و LHC نقش تعیین کننده ای در درک ماهیت اصلی رهایش خواهند داشت. سؤال های پیش رو عبارتند از:

ماهیت ماده در بالاترین چگالی ها (آزمایش هایی در RHIC پیشنهاد می کنند که پلاسما بیشتر همانند یک مایع رفتار کند تا گاز)
چیست؟ ، تحت چه شرایطی یک پلاسمای کوارک - گلوئون ساخته می شود؟ و چه قوانینی تحول و گذار از این نوع ماده را مدیریت می کنند؟

منبع : کتاب فیزیک هسته‌ای و ذرات بنیادی

🆔️@physics3p