кварк-глюонная плазма

КВАРК-ГЛЮОННАЯ ПЛАЗМА (хромоплазма) - гипотетич. состояние сильно взаимодействующей материи, характеризующееся отсутствием удержания цвета. В этом состоянии цветные кварки и глюоны, пленённые адронами в адронной материи, освобождаются и могут распространяться как квазисвободные частицы по всему объёму плазменной материи - возникает "цветопроводимость" (аналогично появлению электропроводности в обычной электрон-ионной плазме). По совр. представлениям, это состояние образуется при высоких темп-pax и/или больших барионных плотностях равновесной адронной материи (рис. 1).

Рис. 1. Фазовая диаграмма сильно взаимодействующей материи; Т - темп-pa, n_B- плотность барионного заряда.

Характер перехода адронной материи в состояние К--г. п. ещё недостаточно изучен, хотя и имеются указания на то, что он резкий, обладает большой скрытой теплотой и сильно меняет плотность энтропии. В естеств. условиях К--г. п. существовала, по-видимому, только в первые 10^-5 с после космологич. взрыва. Не исключено, что она существует и в центре наиб. массивных нейтронных звёзд. Имеются также основания считать, что атомные ядра в своём составе помимо протонов и нейтронов содержат "капельки" К--г. п., т. е. ядра рассматриваются как гетерофазные системы (в системе присутствуют обе фазы: в тех местах флуктуации ядерной плотности, где она сильно превышает ср. плотность, происходит переход нуклонной фазы в кварк-глюонную). На основе этой идеи предпринимаются попытки построить теорию т. н. кумулятивных процессов, происходящих в релятивистских ядерных столкновениях. Возможность существования К--г. п. тесно связана с возможным спонтанным нарушением симметрии физ. вакуума в температурной квантовой хромодинамике (КХД) и с асимптотической свободой - убыванием эфф. цветового заряда с уменьшением расстояния между цветными частицами, с ростом темп-ры и/или плотности. Т. о., в рамках КХД можно ожидать возникновения нек-рой критич. (предельной) темп-ры (плотности), выше к-рой существование ядерной материи невозможно. Концепция предельной темп-ры возникла значительно раньше КХД (в 60-х гг. 20 в.) из феноменологич. описания сильного взаимодействия элементарных частиц (т. н. модель статистич. бутстрапа [1]). Эта темп-pa считалась даже непреодолимым верх. пределом, подобным абс. нулю. Впоследствии было высказано предположение, что она является темп-рой фазового перехода адронной материи в новое, неизвестное тогда состояние. С развитием КХД стало ясно, что это состояние - К--г. п. В КХД отсутствует строгое матем. доказательство как существования фазового перехода, так и удержания цвета. Значительные успехи достигнуты на пути решения этих сложных проблем в компьютерном варианте теории - спец. образом регуляризованной КХД на решётке (дискретной совокупности 4-точек, заменяющих непрерывное пространство-время). Непертурбативные (не связанные с теорией возмущений) вычисления здесь основаны на числ. интегрировании методом Монте-Карло точных выражений, вытекающих из теории (см. Решётки метод). Наиб. надёжные результаты относятся к квантовой динамике глюонных полей, где кварки рассматриваются лишь как статич. источники. В этом случае получено свидетельство в пользу удержания цвета и существования фазового перехода 1-го рода при темп-ре T_c~200 МэВ, причём вычисленные наблюдаемые величины (напр., темп-ра перехода, скачок плотности в точке перехода) находятся в хорошем согласии со значениями, найденными из феноменологич. описания адронной спектроскопии и из процессов глубоко неупругого рассеяния. Вычисления, включающие полную релятивистскую динамику кварков, не обладают пока достаточной степенью завершённости, и вопрос о судьбе фазового перехода в этом случае окончательно не решён. В рамках несколько упрощённой постановки задачи с помощью числ. расчёта обнаружено, что в окрестности темп-ры Т_с резко меняется зависимость плотности энергии от темп-ры (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость плотности энергии от темп-ры (численный расчёт при нулевой плотности барионного заряда).

При Т<<Т_c численные данные хорошо аппроксимируются плотностью энергии идеального адронного газа с известным из опыта и используемым в вычислениях спектром масс реальных адронов, а при T>>T_c - ф-лой Стефана - Больцмана e(T)=sT⁴ с коэф. s, как у идеального газа безмассовых кварков и глюонов. Теоретич. свидетельства в пользу существования К--г. п. стимулируют эксперим. исследования, направленные на её обнаружение. Наиб. заманчиво предложение создать необходимые условия для её образования в лаборатории путём соударения тяжёлых ядер высокой энергии. Оценки, основанные на экстраполяции существующих эксперим. данных, показывают, что образующаяся в области столкновения ядер сильно взаимодействующая система будет существовать достаточно долго для достижения как термодинамич., так и хим. равновесия, а её энергия и сжатие могут быть достаточными для достижения фазы К--г. п. при использовании уже функционирующих ускорителей, переоборудованных для ускорения тяжёлых ионов (см. Релятивистская ядерная физика). Не решённой до конца проблемой является идентификация формирования К--г. п. Сложность её связана гл. обр. с тем, что К--г. п. образуется на большом фоне, обусловленном обычными процессами сильного взаимодействия, и существует лишь нек-рую часть полного времени эволюции адронной системы. В качестве наиб. важных сигналов, дающих информацию о формировании К--г. п., предполагается использовать процессы образования лептонных пар, эмиссии прямых фотонов и события аномально большого числа рождений странных частиц. Эксперим. обнаружение К--г. п. и исследование её характеристик могло бы внести ясность в наши осн. представления о поведении адронной материи как в обычных, так и в экстремальных состояниях и явиться подтверждением КХД. Лит.: 1) Шелест В. П., Зиновьев Г. М., Миранский В. А., Модели сильновзаимодействующих элементарных частиц, т. 2, М., 1976; 2) Фейнберг Е. Л., Термодинамические файрболы, "УФН", 1983, т. 139, с. 3; 3) Г о р е н ш т е й н М. И. и др.. Точно решаемая модель фазового перехода между адронной и кварк-глюонной материей, "ТМФ", 1982, т. 52, №3, с. 346; 4) Gorenstein M. I., L i р s k i k h S. I., Z i n о v j e v G. M., Model of deconfinement phase transition in baryonic quark-gluon bag system, "Z. Phys. Ser. C", 1984, v. 22, p. 189; 5) S h u r у a k E. V., Quantum chromodynamics and the theory of superdense matter, "Phys. Repts", 1980, v. 61, p. 71; 6) S a t z H., Critical behaviour in finite temperature QCD, "Phys. Repts", 1982, v. 88, p. 349. В. П. Шелест.

   <<      Предметный указатель      >>