Магистрант
  1. Классическая механика  1.1. Продвинутая кинематика  1.1.1. Обобщенные системы координат  1.1.2. Параметрические уравнения движения  1.1.3. Неинерциальные системы и фиктивные силы  1.1.4. Ковариантная формулировка импульса  1.1.5. Action-angle variable  1.2. Лагранжева и гамильтонова механика  1.2.1. Принцип минимального действия  1.2.2. Уравнения Эйлера-Лагранжа  1.2.3. Теорема Нётер и законы сохранения  1.2.4. Нормализованная скорость  1.2.5. Каноническое преобразование  1.2.6. Скобка Пуассона и теория Гамильтона–Якоби  1.2.7. Гамильтонова хаоса и интегрируемость  1.3. Мобильность жесткого тела  1.3.1. Euler's equations of motion  1.3.2. Principal moments of inertia  1.3.3. Гироскопическое движение и прецессия  1.3.4. Тензор инерции  1.3.5. Стабильность скорости вращения  1.4. Нелинейная динамика и хаос  1.4.1. Phase space and stability analysis  1.4.2. Секции Пуанкаре и теория бифуркации  1.4.3. Странные аттракторы и фракталы  1.4.4. Показатель Ляпунова  1.4.5. Теорема КАМ и квазипериодическое движение
  2. Электромагнетизм  2.1. Advanced Electrodynamics  2.1.1. Функция Грина и теория потенциала  2.1.2. Multipole expansion  2.1.3. Метод заряда изображения  2.1.4. Граничные условия и теорема о единственности  2.2. Распространение электромагнитных волн  2.2.1. Plane waves in dielectrics and conductors  2.2.2. Волноводы и резонаторы  2.2.3. Давление излучения и оптические пинцеты  2.2.4. Поляризация и теорема Джонса  2.3. Релятивистская электродинамика  2.3.1. Covariant formulation of electrodynamics  2.3.2. Потенциалы Лиенара-Вихерта  2.3.3. Синхротронное излучение и тормозное излучение  2.3.4. Тензор электромагнитного поля и преобразования Лоренца  2.4. Физика плазмы  2.4.1. Magnetohydrodynamics  2.4.2. Экранирование Дебая и плазменные колебания  2.4.3. Волны Альфвена и удержание в токамаке  2.4.4. Нестабильности и турбулентность в плазме
  3. Статистическая механика и термодинамика  3.1. Продвинутая термодинамика  3.1.1. Преобразования Лежандра и термодинамические потенциалы  3.1.2. Теорема флуктуаций-диссипации  3.1.3. Онсагерские взаимные отношения  3.1.4. Critical events and phase transitions  3.2. Квантовая статистическая механика  3.2.1. Density Matrix and Ensemble Theory  3.2.2. Конденсаты Бозе – Эйнштейна  3.2.3. Квантовый фазовый переход  3.2.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна  3.2.5. Функции распределения и большие канонические ансамбли
  4. Квантовая механика  4.1. Углубленная механика волн  4.1.1. Приближение ВКБ  4.1.2. Формулировка с использованием интегралов по путям  4.1.3. Quantum harmonic oscillator and coherent states  4.2. Угловой момент и спин  4.2.1. Сферические Гармоники  4.2.2. Клебш–Гордан коэффициент  4.2.3. Теорема Вигнера–Экарта  4.2.4. Спин-орбитальное взаимодействие  4.3. Теория квантового рассеяния  4.3.1. Приближение Борна  4.3.2. Анализ частичных волн  4.3.3. Оптическая теорема  4.3.4. Теория S-матрицы  4.4. Quantum field theory  4.4.1. Вторая квантование  4.4.2. Диаграммы Фейнмана и пропагаторы  4.4.3. Теория перенормировки  4.4.4. Gauge theory and Yang–Mills fields  4.4.5. Спонтанное нарушение симметрии и механизм Хиггса
  5. Общая теория относительности и космология  5.1. Тензорное исчисление и дифференциальная геометрия  5.1.1. Уравнения Эйнштейна  5.1.2. Метрики Шварцшильда и Керра  5.1.3. Геодезия и символы Христоффеля  5.2. Космология и Вселенная  5.2.1. Метрика Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера и космическая инфляция  5.2.2. Темная энергия и образование структур  5.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение
  6. Физика конденсированного состояния  6.1. Структура зон и теория переноса  6.1.1. Теорема Блоха и модель Кронига-Пенни  6.1.2. Топология поверхности Ферми  6.1.3. Квантовый эффект Холла  6.2. Superconductivity  6.2.1. BCS theory and Cooper pairs  6.2.2. Эффект Мейснера и квантизация потока  6.2.3. The Josephson Effect and SQUIDs  6.3. Топологические фазы вещества  6.3.1. Топологические изоляторы  6.3.2. Фермионы Майораны в топологических фазах материи
  7. Nuclear and Particle Physics  7.1. Квантовая хромодинамика (КХД)  7.1.1. Кварк-глюонная плазма  7.1.2. Асимптотическая свобода  7.1.3. Конфайнмент и адронизация  7.2. За пределами Стандартной модели  7.2.1. Великие объединённые теории  7.2.2. Суперсимметрия и дополнительные измерения  7.2.3. Neutrino oscillations

Магистрант → Nuclear and Particle Physics → Квантовая хромодинамика (КХД) ↓


Кварк-глюонная плазма


Квантовая хромодинамика (КХД) — это теория, описывающая сильное взаимодействие, фундаментальную силу, описывающую взаимодействия между кварками и глюонами. Кварки — это фундаментальные частицы, которые объединяются, чтобы образовать протоны и нейтроны, а глюоны — это переносчики силы, которые передают сильное взаимодействие, удерживающее кварки вместе в протонах, нейтронах и других адронах.

Интересное состояние материи, связанное с КХД, — это кварк-глюонная плазма (КГП). Кварк-глюонная плазма — это состояние, в котором кварки и глюоны, обычно связанные внутри адронов, свободно перемещаются в тепловой среде с высокой плотностью энергии и температурой. Понимание этого состояния помогает физикам исследовать раннюю Вселенную в моменты после Большого взрыва, когда существовали аналогичные условия.

Давайте более подробно рассмотрим концепцию кварк-глюонной плазмы, узнаем, как она возникает, в чем её значение и чему она нас учит о Вселенной и материи.

Создание кварк-глюонной плазмы

В обычных условиях кварки ограничены внутри адронов из-за свойства, называемого "цветовое ограничение". Однако при крайне высоких температурах и плотностях энергии, таких как в столкновениях тяжелых ионов, кварки и глюоны перестают быть ограниченными и образуют плазму. Теория КХД описывает эту ситуацию так, что цветовые степени свободы становятся асимптотически свободными, что называется "асимптотическая свобода".

Чтобы представить себе кварк-глюонную плазму, подумайте, как материя изменяется между твердым, жидким и газообразным состояниями при повышении температуры:

Твердое → Жидкое → Газ → Плазма

В сфере частиц:

адроны → кварк-глюонная плазма

Этот переход в кварк-глюонную плазму включает достижение температур свыше двух триллионов Кельвин, что значительно выше любой температуры, встречающейся в природе, за исключением ранней Вселенной.

Экспериментальное создание кварк-глюонной плазмы

Кварк-глюонная плазма исследуется в лабораториях с использованием столкновений тяжелых ионов. Установки, такие как Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРН в Швейцарии и Коллайдер релятивистских тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории в США, сталкивают тяжелые ионы, такие как золото или свинец, на скорости, близкой к скорости света, чтобы воспроизвести эти экстремальные условия.

Вот упрощенная иллюстрация того, как происходят столкновения тяжелых ионов:

  Ион золота → ← Ион золота
  _Столкновение_/
     _Создание кварк-глюонной плазмы_/

Когда эти столкновения происходят, кинетическая энергия преобразуется в тепло, создавая крошечный огненный шар, в котором кварки и глюоны существуют независимо лишь на доли секунды, после чего они остывают и рекомбинируют в частицы, которые могут быть обнаружены коллайдером.

Важность кварк-глюонной плазмы

Изучение кварк-глюонной плазмы предоставляет информацию о:

  • Условиях ранней Вселенной: Воспроизводя экстремальные условия температуры и плотности, существовавшие в первые микросекунды после Большого взрыва, физики могут изучать свойства и эволюцию ранней Вселенной.
  • Понимание сильного взаимодействия: Изучение поведения кварков и глюонов, когда они не ограничены в адронах, предоставляет ученым представление о природе сильного взаимодействия и ограничения.
  • Фазовые переходы: Понимание перехода от адронной материи к кварк-глюонной плазме и наоборот увеличивает наши знания о фазовых переходах, связанных с КХД.

Особенности кварк-глюонной плазмы

КГП демонстрирует несколько уникальных свойств:

  • Идеальная текучесть: Несмотря на то, что состоит из свободных кварков и глюонов, кварк-глюонная плазма ведет себя как почти идеальная жидкость с чрезвычайно низкой вязкостью.
  • Поток массы: Плазма, образованная в результате взаимодействия, проявляет анизотропный поток, который формирует структуры, схожие с наблюдаемыми в гидродинамике.
  • Подавление струй: Высокоэнергетические частицы, образуемые в столкновении, называемые струями, теряют свою энергию при прохождении через КГП, что можно наблюдать как подавление струй.

Уравнение, описывающее зависимость между давлением (P), плотностью энергии ((epsilon)) и температурой (T) в КГП, может быть выражено как:

P = c_s^2 times epsilon

где c_s — скорость звука в кварк-глюонной плазме, и (c_s approx 1/sqrt{3}).

Визуализации и примеры

Вот упрощенная иллюстрация того, как кварки и глюоны двигаются в КГП:

  ,
  |Q | |Q' | |G |
   g | g | q' | → свободное движение
    +--+ +--+ +--+ с глюонами
  нормальный адрон кварк-глюонная плазма

Кварки в адронах плотно связаны с глюонами и обмениваются силами. В КГП они свободны передвигаться без каких-либо связей.

Заключение

Изучение кварк-глюонной плазмы является важной частью современной физики и космологии. Исследование КГП помогает ученым воссоздать условия Большого взрыва и лучше понять поведение материи на самых малых масштабах. С экспериментами, проводимыми в коллайдерах по всему миру, стремление понять КГП продолжается, обещая более глубокие взгляды на вопросы о начале Вселенной и силах, управляющих субатомными частицами.


Магистрант → 7.1.1


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (7.1)
Квантовая хромодинамика (КХД)
Следующий (7.1.2) →
Асимптотическая свобода

Комментарии 



Кварк-глюонная плазма

https://www.physicsflow.com/g/7.1.1?pfal=ru