探索新物质形态—— 夸克胶子等离子体
浅谈现代粒子物理前沿问题--夸克-胶子等离子体
浅谈现代粒子物理前沿问题--夸克-胶子等离子体傅永平;郗勤【摘要】夸克-胶子等离子体是当今粒子物理领域的重要研究课题，它不仅能揭示微观粒子的物理性质，还能帮助人们认识宇宙的演化过程。
本文对夸克-胶子等离子体的研究现状进行了概述。
【期刊名称】《科技风》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】2页(P40-40,42)【关键词】夸克-胶子等离子体;高能重离子碰撞【作者】傅永平;郗勤【作者单位】临沧师范高等专科学校数理系，云南临沧 677000;临沧师范高等专科学校数理系，云南临沧 677000【正文语种】中文1 研究夸克-胶子等离子体的科学意义按照目前的实验观测结果，已知的物质最小构成单元是夸克和轻子，比如质子和中子就是由上夸克和下夸克组成的三夸克色禁闭束缚态，而介子则是双夸克色禁闭束缚态。
我们熟知的电子就是轻子的一种。
如果用质量来标度，夸克和轻子可以分为三代，每一代有2种夸克和轻子，其中夸克包括上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、顶夸克和低夸克，轻子包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子。
夸克-胶子等离子体是区别于强子的一种新的物质形态，夸克不再是以强子型的双夸克或三夸克色禁闭束缚态形式存在，夸克-胶子等离子体中的夸克是色相互作用渐近自由的，夸克与夸克之间，夸克与多夸克之间存在自由的色相互作用，这是一种多体夸克凝聚的新物质形态。
宇宙大爆炸初期宇宙的温度约为1028eV，按照标准模型，当时可能存在的物质只有轻子和夸克，此时夸克的色自由度是解禁的，就会形成夸克-胶子等离子体。
之后随着宇宙不断膨胀，温度下降到100 MeV时，夸克物质发生对称性破缺，开始冻结成为质子和中子。
从夸克物质演化的意义来讲，研究夸克-胶子等离子体不仅对基本粒子物理研究意义重大，而且对于宇宙演化的研究来讲也具有重要意义。
2 实验概况实验表明，高能重离子碰撞有可能产生核子的多重碰撞，使能量主要集中在质心附近。
从中子物质到夸克胶子等离子体的相变
!射线暴：从中子物质到夸克胶子等离子体的相变!洪碧海!，"，李小波#（!$丽水学院物理系，浙江丽水"#"%%%；#$上海交通大学物理系，上海#%%%"%；"$丽水学院计算机系，浙江丽水"#"%%%）摘要：指出快速旋转的新生中子星内部存在着从正常强子物质到夸克胶子等离子体的相变过程，而!射线暴所释放的巨大能量可能正是这种相变过程的结果。
在新诞生的中子星通过偶极电磁辐射和四极引力辐射损失能量而减速时，其中心密度增加，并可能达到&’(的相变密度（原子核密度的) "!%倍）。
这种相变所释放出的能量可以解释!射线暴的强大能量暴发及其聚束效应。
!射线暴位置附近相当致密的气体环境和在其*射线余辉中金属发射线的观测是对这种观点的支持。
我们还给出了一些预言。
关键词：!射线暴（+,-）；夸克胶子等离子体（&+.）；奇异夸克物质（/&0）；超新星（/12345678）中图分类号：.!9#文献标识码：:文章编号：!%%;<=>9?（#%%)）%#<%%#"<%=!"##"$"%&’()*)：+,")-.("/)0*01/2(1#3-’*(1/4"**-(*15’"(6<!7’1/+7")#"@65A-B C8B!，#，D B*B86E6"（!$(3284F G35F6H.C I J B K J，D B J C1B L5B734J B F I，D B J C1B M C3N B85A"#"%%%，’C B58；#$(3284F G35F6H.C I J B K J，/C85A C8B O B86F65A L5B734J B F I，/C85A C8B#%%%"%，’C B58；"$(3284F G35F6H’6G21F34/K B35K3，D B J C1B L5B734J B F I，D B J C1B M C3N B85A"#"%%%，’C B58）89)*(":*：P F B J J1A A3J F3Q F C8F F C3B55343534A3F B K35A B536H A8G G848I E14J F（+,-）G8I E3F C343J1R F6H F C3 F485J B F B656H564G8R C8Q465B KG8F F34F6S184T<A R1652R8J G8（&+.）B5482B Q R I<46F8F B5A85Q J2B5<Q6U5 53U E645531F465J F84J$V C35J1K C858J K35F531F465J F84J R6U JQ6U5F C461A CQ B26R33R3K F46G8A53F B K85Q S18Q412R3A487B F8F B658R48Q B8F B65，F C3B5K438J B5A K35F34G8I438K C F C3&’(F485J B F B65Q35J B F I，B$3$，)<!% F B G3J6H51K R384Q35J B F I$/1K C T B5Q6H3534A I43R38J3H46GF C32C8J3F485J B F B65U61R Q E343J265J B E R3H64+,-R6K8F B6585Q F C3B465R B53J6E J3473Q B5F C3*<48I8H F34A R6UJ12264F F C B J B Q38$/6G3243Q B K F B65J B5F C B JG6Q3R 843A B735$;-%<1(=)：A8G G848I E14J F（+,-）；S184T<A R1652R8J G8（&+.）；J F485A3S184TG8F F34（/&0）；J12345678收稿日期：#%%)<%!<##作者简介：洪碧海（!?=><），男，浙江松阳人，博士。
重离子碰撞实验中的物理现象
重离子碰撞实验中的物理现象在探索物质微观结构和宇宙早期状态的征程中，重离子碰撞实验无疑是一项极其重要的研究手段。
通过让高速运动的重离子相互碰撞，科学家们能够在极小的空间和极短的时间内创造出极端的高温高密环境，从而揭示出许多令人惊叹的物理现象。
首先，我们来谈谈夸克胶子等离子体（QGP）的形成。
在重离子碰撞的瞬间，巨大的能量会使原子核内的质子和中子“融化”，原本被束缚在其中的夸克和胶子获得自由，形成一种新的物质状态——夸克胶子等离子体。
这种等离子体具有非常特殊的性质，例如极低的粘滞性和极高的能量密度。
科学家们通过研究夸克胶子等离子体的特性，可以深入了解强相互作用的本质，这是自然界四种基本相互作用之一。
在重离子碰撞实验中，还会出现集体流现象。
集体流是指大量粒子在碰撞过程中表现出的整体运动模式。
它可以分为径向流、椭圆流和三角流等不同类型。
径向流表现为粒子沿着碰撞中心的径向方向向外喷射，就好像是从一个爆炸的中心向外扩散一样。
椭圆流则反映了碰撞系统的初始空间不对称性，而三角流则更为复杂，与碰撞系统的更高阶的对称性有关。
这些集体流现象的研究对于理解物质在极端条件下的动力学行为具有重要意义。
另外，重离子碰撞还会产生大量的粒子。
这些粒子包括各种介子、重子以及它们的反粒子。
通过对这些粒子的产生和衰变过程进行研究，科学家们可以探索物质和反物质之间的对称性破缺、粒子的质量起源等重要问题。
例如，在重离子碰撞中产生的奇异粒子，如奇异夸克组成的粒子，其产生和演化过程能够为我们提供关于夸克之间相互作用以及物质结构的宝贵信息。
同时，我们不能忽视的是重离子碰撞中的能量损失机制。
当重离子以极高的能量相互碰撞时，入射离子会在碰撞过程中损失大量的能量。
这些能量一部分转化为新产生粒子的动能，另一部分则被碰撞区域的介质吸收。
研究能量损失的机制有助于我们更好地理解物质在高温高密环境下的能量传递和转化过程。
此外，重离子碰撞实验还为研究相对论效应提供了绝佳的机会。
强相互作用中的夸克胶子等离子体
强相互作用中的夸克胶子等离子体在粒子物理学中，夸克和胶子是构成一切物质的基本粒子。
而强相互作用则是其中最重要、最基础的一种力。
当夸克和胶子在高能环境下高速运动时，它们之间的相互作用会变得十分强烈，甚至形成一种新的物质状态——夸克胶子等离子体。
夸克胶子等离子体是一种极端条件下的物质状态，在我们对物质世界的认识中具有重要的意义。
夸克胶子等离子体最早是在重离子碰撞实验中被发现的。
当高能重离子在碰撞中产生巨大的能量密度时，夸克和胶子的数量会急剧增加，它们之间的相互作用也变得非常激烈。
这时的夸克胶子等离子体类似于宇宙大爆炸后的早期宇宙，处于极高温和高密度的状态。
由于夸克和胶子之间的相互作用非常强烈，这种等离子体没有固定的夸克或胶子，而是由大量的夸克和胶子相互纠缠形成的。
这种状态让我们能够研究夸克和胶子之间相互作用的性质，从而更好地理解基本粒子的本质。
夸克胶子等离子体研究的一个重要方面是其热力学性质。
由于夸克胶子等离子体的高温和高密度，它具有热力学上的特殊行为。
例如，夸克胶子等离子体的热容非常小，意味着即使外部给予了一定的能量，它的温度也不会有很大的变化。
这与常规物质的热容性质完全不同，是因为在夸克胶子等离子体中，能量会迅速被夸克和胶子之间的相互作用平均分配，使得温度的变化相对较小。
夸克胶子等离子体的热容性质在宇宙早期的宇宙学研究中也发挥了重要作用。
另一方面，夸克胶子等离子体还具有高度的流体特性。
由于夸克胶子等离子体中存在大量粒子的运动，它可以流动起来，并表现出流体的行为。
这种流动性在实验中得到了直接的证实，并通过流体动力学的分析得以进一步研究。
夸克胶子等离子体的流动性质让我们更好地理解了强相互作用力在高能环境下的表现，同时也为我们提供了探索这一领域的新途径。
夸克胶子等离子体的研究对于理解早期宇宙和强相互作用力的研究具有重要的意义。
通过模拟和实验，我们能够更加深入地研究夸克和胶子之间的相互作用，了解它们在极端环境下的行为。
夸克胶子等离子体的介电函数
夸克胶子等离子体的介电函数蒋冰峰;熊小勇【摘要】用硬热圈重求和方法计算了夸克胶子等离子体的介电函数,结果显示硬热圈重求和计算对硬热圈近似结果有非平庸的修正.从胶子自能与介电函数的关系的角度出发,分析了介电函数的非平庸修正的物理机制,讨论了介电函数的性质.【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2009(027)002【总页数】5页(P214-218)【关键词】夸克胶子等离子体;介电函数;硬热圈重求和【作者】蒋冰峰;熊小勇【作者单位】湖北民族学院理学院,湖北恩施445000;湖北民族学院理学院,湖北恩施445000【正文语种】中文【中图分类】O572.24+3量子色动力学(Quantum Chromodynamics,简称为QCD)预测了在高温高密下，强子物质会发生退禁闭相变，形成一种新的物质形态：夸克胶子等离子体(Quark-gluon Plasma，简写为QGP).近些年来，QGP性质—如介电函数、色散关系、磁导率、屏蔽性质等等的研究成为有限温度有限密度核物质的热点研究课题[1～7].其中，介电函数受到非常广泛的关注，一个原因就是因为介质中的场与真空中的场性质不一样，而这种不同可以通过介电函数反映出来.而且，介质的其他介电性质原则上能够由介电函数得到.在动力论的框架下，文献[8,9]研究了在一些极端条件下QGP介电函数的非线性性质.在有限温度场论的框架下，文献[10,11]也讨论了QGP的介电函数，但是只局限于硬热圈近似(HTLA) 的情形.然而，HTLA的结果是不完全的，它忽略了高阶图的贡献.并且在有限温度的QCD理论中，基于裸传播子和裸顶角的朴素微扰论不再适用，因为用它计算的物理量存在规范依赖性(HTLA情形除外).20世纪90年代初由E.Braaten、R.D.Pisarski等人建立的有效微扰论—硬热圈重求和(HTLR)方法[12，13]自洽地解决了朴素微扰论中物理量规范依赖性[14，15]的问题,同时也将高阶图的贡献也包括进来，推动热场理论迅猛地发展起来.本文中在有限温度场论的框架下，用HTLR方法计算QGP中硬胶子(p0, |P|～T) 极化产生的介电函数.计算中，采用闵氏度规，和k= |K|,以及有限温度下传播子的实时形式.1 HTLR计计算胶子自能及介电函数QGP的介电函数与胶子的极化自能密切相关，介电函数的计算表达式为[10]：(1)极化自能可以分解为横向ΠT和纵向ΠL两部分：其中纵向和横向投影算符的定义[16]为：假定QGP中的夸克为u,d轻夸克，其质量近似为零.另外假定QGP是色中性的，夸克化学势为零.胶子极化方式如图1，应用QCD费曼规则可以得到胶子极化自能的计算表达式，但是朴素微扰论的单圈自能, 只有在HTLA下，才能得到解析的结果[10]：(2)(3)其中是热胶子质量，Nf为夸克的味数.图1 单圈胶子自能其中卷曲线、实线和虚线分别代表胶子传播子、夸克传播子和鬼传播子Fig.1 One-loop gluon self-energyCurly line is for gluon propagator,solid line for quark propagator,dashed lines for ghost propagator,respectively图2 胶子有效自能Fig.2 The gluon effective self-energy要自洽地计算胶子自能，要用有效微扰论，即HTLR方法.在HTLR方法中，耦合常数g≪1;图1中圈动量的积分要分成软动量～gT的积分和硬动量～T的积分两部分[15].硬部分的积分使用裸传播子和裸顶角，在高温近似下，它给出的解析结果是HTLA胶子自能δΠμν(P).根据HTLR方法的思想，软部分的积分要用有效传播子.有效传播子对小动量区间的积分非常敏感，其积分贡献主要来自小动量区间，因此，在计算软部分的积分时，通常可以将积分区间扩大到(0, ∞).由于重求和的费米圈和鬼圈对应更高阶的贡献，只需要考虑有三胶子和四胶子顶点的重求和图，如图2.定义软部分的积分为胶子有效自能，传播子上打重黑点表示有效传播子.根据Dyson-schwinger方程，利用HTLA胶子自能可以构建有效胶子传播子.在库仑规范中,有限温度下的有效胶子传播子的实时形式为：(4)(5)其中在式(4),(5)中，第一部分为费曼部分，第二部分为温度相关部分，nB(K)为玻色——爱因斯坦分布.由图2，有效自能的表达式为：(6)(7)其中是图2中胶子圈的贡献，是图2中蝌蚪图的贡献.根据有效传播子式(4),(5)、胶子有效自能式(6),(7)和QCD费曼规则,可以得到胶子有效自能的表达式.由投影算符的性质可以知道ΠL(P)只与Π00(P)有关.因此，计算中只抽取出胶子有效自能的部分.由于重点考察物质的温度效应，忽略有效自能表达式中与温度无关的费曼部分，尽管发散的费曼部分可以用标准的重整化方法计算出来.胶子有效自能的温度相关部分为：(8)(9)其中r=k+p,s=k-p.HTLR方法计算的胶子自能的Π00(P)部分为硬部分自能和胶子有效自能对应部分之和：(10)其中:然后由将胶子自能Π00(P)转化为ΠL(P)，代入方程(1)，就可以得到QGP的介电函数.图3 温度能量相关的HTL重求和QGP介电函数在图3～7中实线、虚线、点线和点线的温度分别为300 MeV、400 MeV和500 MeVFig.3 Temperature and Energy dependent QGP dielectric function calculated with HTLR technique vs From Fig.3 to Fig.7,solid curve,dashed curve and dotted curve are for T=300 MeV,T=400 MeV and T=500 MeV respectively2 QGP介电函数的数值结果在数值计算中，令g=0.1;Nf=2；在SU(3)规范理论中，C2(G)=3.固定外胶子激发模式p=200 MeV不变，由式(10)和式(1)得到随温度和胶子能量p0变化的QGP 介电函数，如图3.在图3中，介电函数有一个不随温度改变的奇点，在的位置.这个奇点来自方程(1)的分母，即胶子的质壳条件.在区间，即色散关系的类空区间，介电函数ε>1，并且随着p0的增大而增大；越过奇点以后，进入色散关系的类时区间，介电函数ε<1，也随p0的增大而增大，并且快速地趋近于1.在类空区间，在相同的激发模式下，温度越高，介电函数越大；而在类时区间，温度越高，介电函数越小.为了更直观地描述HTLR方法计算的介电函数对HTLA结果的修正，给出介电函数HTLA的结果，如图4.图4与文献[10]中介电函数曲线的性质是一致的.在图4中，在类空区间，介电函数ε随p0的增大而减小.它随p0的变化趋势与用HTLR 方法计算的介电函数随p0的变化趋势相反，这意味着用HTLR方法计算的介电函数对HTLA结果的修正在类空区间有非平庸的贡献.介电函数与胶子极化自能密切相关，胶子极化自能能够体现介电函数的信息，因此可以通过胶子自能来考察介电函数.图5是HTLA胶子自能的纵向部分;图6是胶子有效自能的纵向部分，它是HTLA自能的修正.从图5中可以看出，在类空区间，HTLA自能的纵向部分随p0的增大快速地减小，而图6中对应区间的胶子有效自能的纵向部分随p0的增大而增大，而且胶子有效自能和HTLA近似自能是耦合常数g的同阶量.HTLR方法计算的胶子自能为HTLA胶子自能和胶子有效自能之和，两者之和使得胶子自能的纵向部分在类空区间随p0的增大变得较为缓慢，如图7.与HTLA胶子自能相比，非平庸的自能修正导致用HTLR方法计算的胶子自能的纵向部分在类空区间随p0的变化趋势发生显著改变，从而导致变化趋势显著改变的介电函数.图4 HTLA QGP介电函数图5 HTLA胶子纵向自能Fig.4 HTLA QGP dielectric function vs longitudinal self-energy in图6 胶子有效自能纵向部分图7 HTLR胶子纵向自能在胶子自能纵向部分的曲线图7上，发现纵向自能有两个峰，这两个峰位于两侧，一个在类空区间，另一个在类时区间，并且这两个峰非常地靠近位置自能曲线在类空区间出现峰值，是因为胶子激发模式的相速度和胶子速度相等时，胶子的激发模式通过朗道阻尼机制[17～18]吸收了胶子的能量，从而导致自能曲线在类空区间出现峰值.由于胶子热质量非常小，胶子速度接近光速1.只有当胶子的相速度也非常接近1，等于胶子的速度时，才会发生朗道阻尼从而使自能出现峰值.因此，类空区间的自能(p)峰值非常地接近1.随着温度升高，胶子热质量增大，胶子速度减小，发生朗道阻尼时对应的相速度越来越小.因此，随温度升高，类空区间的峰有逐渐离1的趋势，如图7.在类时区间，共振条件满足时，即当胶子四动量的平方大于介质中热胶子质量平方的四倍时，共振机制[17，18]导致自能在类时区间出现峰值.由于胶子热质量很小，根据共振条件，类时区间的峰值也是非常地靠近1.例如，在T=500 MeV时，当满足共振条件时，根据胶子自能与介电函数的密切联系，对应胶子自能的两个峰，介电函数相应地应该存在两个非平庸的极值.并且介电函数两个极值的横坐标位置和自能两个峰值的横坐标位置是一一对应的—介电函数的两个极值象自能的两个极值一样，非常地靠近的位置.而介电函数在的地方有一个奇点，因此，介电函数的两个极值被“淹没”在奇异性中，介电函数曲线图3只显示出奇异性.3 总结与讨论本文应用硬热圈重求和方法计算了QGP中硬胶子极化产生的介电函数，计算结果显示：(1)介电函数曲线有一个不随温度改变的奇点，处于的位置，它来源于胶子的质壳条件.(2)相对于HTLA的结果，HTLR方法计算的介电函数在(p)类空区间的变化趋势发生了显著的改变，这说明HTLR方法对HTLA结果的修正有非平庸的贡献.(3)胶子自能的纵向部分在类空区间和类时区间各有一个峰，类空区间的峰来源于朗道阻尼机制，类时区间的峰来源于共振机制.根据胶子自能和介电函数之间的联系，对应于胶子自能纵向部分的两个峰，介电函数存在两个非平庸的极值，其坐标位置与自能峰值的坐标位置一一对应.由于这两个极值的坐标位置非常靠近奇点从而使这两个极值都掩藏在奇异性中.参考文献:[1] Song C，Xia P W,Ko C M.Effects of N-N polarization on vector meson masses at finite tem-perature[J].Phys Rev C,1995,52:408-411.[2] Satio K ,Maruyama T,Soutome K.Collective modes in hot and dense matter[J].Phys Rev C,1989,40:407-431.[3] Ji-sheng Chen, Jia-rong Li,Peng-fei Zhuang. Spectral Function of rho in Dense and Hot Hadronic Matter[J].J High Energy Phys,2002,11:014(1-10).[4] Dutt-Mazumder A K.ωmeson propagation in dense nuclear matter and collective excitations[J].Nucl Phys A,2003,713:119-132.[5] Satio K，Thomas A W.Variations of hadron masses and matter properties in dense nuclear matter[J].Phys Rev C,1995,51:2 757-2 764.[6] W.Peters, M.Post, S.Leupold, and U.Mosel. The spectral function of the rho meson in nuclear matter[J].Nucl Phys A,1998,632:109-127.[7] Teodorescu O,Dutt-Mazumder A K,Gale C.Aspects of meson properties in dense nuclear matter[J].Phys Rev C,2002,66:015209(1-12).[8] Xiao-ping Zheng，Jia-rong Li.The asymptotic methom developed from weak turbulent theory and the nonlinear permeability and damping rate in QGP[J].Phys Lett B,1997,409:45-50.[9] Ji-sheng Chen，Jia-rong Li.Non-Abelian permittivity of quark-gluon plasma due to the self-interaction of field[J]. Mod Phys Lett A,2000,15:1 843-1 849.[10] Weldon H A.Covariant calculations at finite temperature: The relativistic plasma[J].Phys Rev D,1982,26:1 394-1 407.[11] Thoma M H,Gylassy M.Quark damping and energy loss in the high temperature QCD[J].Nucl Phys B,1991,351:491-506.[12] Braaten E,Pisarski R D.Soft amplitudes in hot gauge theories:A general analysis[J].Nucl Phys B,1990,337:569-634.[13] Braaten E,Pisarski R D.Deducing hard thermal loops from Ward identities[J].Nucl Phys B,1990,339:310-324.[14] Braaten E,Pisarski R D.Calculation of the gluon damping rate in hot QCD[J]. Phys Rev D,1990,42:2 156-2 160.[15] Braaten E,Pisarski R D.Resummation and gauge invariance of the gluon damping rate in hot QCD[J].Phys Rev Lett,1990,64:1 338-1 341. [16] Kapusta J I.Finite-Temperature Field Theory[M].Cambridge:Cambridge Univ Press,1989.[17] Jin Meng ,Li Jiarong.The dielectric properties of the massive medium at finite density[J].Nucl Phys A,2004,730:97-109.[18] Liu Hui,Li Jiarong.The dielectric function excited by ρNN tensor coupling in nuclear matter[J].Mod Phys Lett A,2004,19:855-862.。
科学家观察到新物质态:夸克--胶子等离子体
科学家观察到新物质态：夸克--胶子等离子体
周道其
【期刊名称】《智能系统学报》
【年(卷),期】2003(000)006
【摘要】美国能源部布鲁克海文国家实验室研究人员通报了在研究金离子性能过程中获得的有趣结果，科学家认为，高能金离子的碰撞会引起新的未知物质态的产生，这种物质态在性能上与夸克一胶子等离子体相接近。
【总页数】1页(P54)
【作者】周道其
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】O53
【相关文献】
1.胶子非弹性散射过程对夸克胶子等离子体中双轻子产生的影响∗ [J], 管娜娜
2.美国科学家研制出"夸克胶子等离子体" [J],
3.发现夸克-胶子等离子体存在的新证据 [J], 韦禾
4.夸克胶子等离子体的电导:色流体力学方法 [J], 蒋冰峰
5.夸克胶子等离子体的电导:色流体力学方法 [J], 蒋冰峰
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物质的形态有几种
物质的形态有几种在生活中，我们常见到的物质的形态有三种，分别为固态、液态和气态。
其特性如下：固体具有一定的形状，不容易被压缩;液体没有固定的形状，具有流动性;气体没有一定的形状，容易压缩，具有流动性。
那么，是不是物质的形态只有这三种呢？答案是否定的。
物质的形态有许多种，除了常见的固态、液态和气态外，还有等离子态、―夸克—胶子‖等离子态、超流态、凝聚态、费米子凝聚态、―波色——爱因斯坦‖凝聚态、超固态、简并态、中子态、超导态等，一般只有在实验室环境内才能见到这些另类的形态。
各种另类形态的介绍等离子态将气体加热，当其原子达到几千甚至上万摄氏度时，电子就会被原子"甩"掉，原子变成只带正电荷的离子。
此时，电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称做等离子态。
“夸克—胶子”等离子态夸克-胶子等离子体顾名思义含有夸克与胶子，如同普通（强子）物质。
这两种QCD的相态不同处在于：普通物质里，夸克要不是与反夸克成双成对而构成介子，或与另两个夸克构成重子（例如质子与中子）。
在QGP，相对地，这些介子与强子失去了身分，而成为更大一坨的夸克与胶子。
在普通物质，夸克是呈现色约束的；在QGP，夸克则不受约束。
超流态超流体是一种物质状态，特点是完全缺乏黏性。
如果将超流体放置于环状的容器中，由于没有摩擦力，它可以永无止尽地流动。
它能以零阻力通过微管，甚至能从碗中向上―滴‖出而逃逸。
凝聚态所谓―凝聚态‖，指的是由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用的系统。
自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。
固态和液态是最常见的凝聚态。
低温下的超流态，超导态，玻色- 爱因斯坦凝聚态，磁介质中的铁磁态，反铁磁态等，也都是凝聚态。
费米子凝聚态费米子凝聚态，是物质存在的第六态。
根据―费米子凝聚态‖研究小组负责人德博拉·金的介绍，―费米子凝聚态‖与―玻色一爱因斯坦凝聚态‖都是物质在量子状态下的形态，但处于―费米子凝聚态‖的物质不是超导体。
强相互作用中的夸克胶子等离子体
强相互作用中的夸克胶子等离子体强相互作用是粒子物理学中的一种基本相互作用力，描述了夸克和胶子之间相互作用的力。
夸克是构成质子和中子等核子的基本粒子，而胶子是传递强相互作用的介质粒子。
当夸克和胶子密集地聚集在一起时，形成了一种特殊的物质状态，称为夸克胶子等离子体。
夸克胶子等离子体是宇宙早期极高温高能密度的产物，这种态态所具备的独特性质对于理解宇宙的演化有着重要的意义。
本文将介绍夸克胶子等离子体的基本特征、形成机制以及在实验室中的研究进展。
一、夸克胶子等离子体的基本特征夸克胶子等离子体是一种极高温高能量密度的物质状态，其温度和能量密度远超过常规的物质。
在这种状态下，夸克和胶子之间的相互作用非常强烈，它们彼此之间不再以独立的粒子形式存在，而是形成一种高度相互关联的集体行为。
夸克胶子等离子体具有以下几个基本特征：1. 自由夸克与胶子：在夸克胶子等离子体中，夸克和胶子之间的相互作用非常强烈，以至于夸克无法再被束缚在质子或中子内部。
夸克和胶子在夸克胶子等离子体中表现出类似于自由粒子的行为。
2. 反应动力学：夸克胶子等离子体中的反应动力学与常规物质有着显著区别。
在高能核碰撞等实验条件下，夸克胶子等离子体会产生大量的夸克和胶子，从而形成强子，这种产生和重组的过程被称为夸克再组合。
3. 群体行为：由于夸克和胶子之间强烈的相互作用，夸克胶子等离子体显示出一定的群体行为，包括凝聚态物质中常见的流体行为，如黏性和流动性。
二、夸克胶子等离子体的形成机制夸克胶子等离子体的形成主要发生在极高能量的核碰撞中。
当两个高能核子以极高速度碰撞时，产生的能量密度非常大，足以打开夸克和胶子的束缚力，从而形成夸克胶子等离子体。
核碰撞实验通常在重离子加速器中进行，实验通过将两个重离子加速到接近光速，并使它们以相对靠近的角度碰撞。
在碰撞过程中，能量被转化为夸克和胶子的初始状态，形成一个极高温高能量密度的系统，即夸克胶子等离子体。
三、实验室中的夸克胶子等离子体研究进展近年来，随着重离子碰撞实验的发展，实验室中研究夸克胶子等离子体的技术和方法得到了显著进步。
强子对撞机中夸克胶子等离子体的物理性质
强子对撞机中夸克胶子等离子体的物理性质强子对撞机（LHC）是目前世界上最大和最强大的粒子加速器，它位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心（CERN）。
LHC的建造和运行旨在研究微观世界的基本成分，其中之一是夸克胶子等离子体。
本文将针对LHC中夸克胶子等离子体的物理性质进行讨论。
1. 强子对撞机（LHC）简介强子对撞机是一种环状粒子加速器，主要用于高能物理实验。
LHC的主要目标是重现宇宙大爆炸后的条件，并通过高能对撞来研究物质的基本性质。
它是由一系列的加速器和碰撞区组成，其中夸克胶子等离子体是其中一个重要的研究对象。
2. 夸克胶子等离子体的形成在LHC中，夸克胶子等离子体是通过高能对撞中产生的。
当两束高能质子或重离子相撞时，会产生极高的能量密度，导致质子或重离子中的夸克和胶子相互作用。
在这个过程中，夸克和胶子会失去自由度，形成一种类似于液体的状态，即夸克胶子等离子体。
3. 夸克胶子等离子体的物理性质夸克胶子等离子体具有一些独特的物理性质，这使得它成为研究高能物理和宇宙起源的重要工具。
以下是几个关于夸克胶子等离子体性质的主要特点：3.1 高温高密度夸克胶子等离子体是一种高温高密度的物质状态。
由于高能对撞引起的巨大能量释放，夸克胶子等离子体的温度可以达到上千万摄氏度，比太阳表面的温度还要高。
同时，由于夸克胶子等离子体中夸克和胶子的超强相互作用，使得其密度非常之高。
3.2 强相互作用特性夸克胶子等离子体中夸克和胶子之间的相互作用非常强大，这一特性使研究者们能够更好地理解强相互作用的本质。
通过对夸克胶子等离子体的实验观测和理论模型推导，物理学家们可以更深入地研究夸克和胶子在高能条件下的行为。
3.3 短寿命特性夸克胶子等离子体的寿命非常短暂。
由于其高温高密度的状态，夸克胶子等离子体的存在时间仅为极短的瞬间，约为几个飞秒。
因此，研究夸克胶子等离子体需要特殊的技术手段和实验条件。
4. 夸克胶子等离子体的研究目的夸克胶子等离子体的研究对于我们理解宇宙的起源和演化过程具有重要的意义。
探索新物质形态——夸克胶子等离子体
如何产生夸克物质
温度密度效应 —>波函数重叠 —> 最深层次物质形态 夸克胶子等离子体 (QGP)
相变：体系对称性质的改变
QCD Phase Transitions: * deconfinement * chiral restoration * color superconductivity * pion superfluidity * BCS-BEC crossover
色对称性自发破缺－色超导
由BCS理论，在QED凝聚态中，两个电子通过交换光子是排斥相互作用，吸引 相互作用是通过交换集体激发模式－声子来实现的 (低温超导)。Cooper对的形成自 发破缺了电磁规范对称性，光子获得了质量。
Frank Wilczek(2004诺贝尔奖): 色超导研究的开创者之一
L QCD
......
4
夸克物质是多学科的交叉领域
superconductivity and superfluidity at high density
粒子物理,核物理,凝聚态物理,宇宙学,天体物理,……
related to early universe
related to compact stars
related to relativistic heavy ion collisions
LNJL i m0 0 G 2 ii 5 2
Nambu
●we introduced the pion superfluid in the NJL model .
2008诺贝尔奖
Pion superfluid phase diagram
--------------- Rev. Mod. Phys. 47, 267(1975)
重离子碰撞中夸克-胶子等离子体的形成
重离子碰撞中夸克-胶子等离子体的形成重离子碰撞中夸克胶子等离子体的形成在探索物质的微观世界时，重离子碰撞实验为我们打开了一扇独特的窗口，使我们有机会窥探到物质在极端条件下的奇妙变化。
其中，夸克胶子等离子体的形成是这一研究领域中的核心课题。
要理解夸克胶子等离子体的形成，首先得了解一下物质的基本构成。
我们都知道，原子是由原子核和核外电子组成，而原子核又由质子和中子构成。
但如果再深入下去，质子和中子其实是由夸克通过强相互作用结合而成的。
在通常的条件下，夸克被“囚禁”在质子和中子内部，无法自由地单独存在。
然而，在重离子碰撞的极端环境中，情况就大不相同了。
当两个重离子以极高的能量相互碰撞时，会在极短的时间和极小的空间内产生极高的温度和能量密度。
这种极端条件足以打破夸克之间的束缚，使它们能够在一定的时间和空间范围内自由运动，从而形成一种新的物质形态——夸克胶子等离子体。
那么，重离子碰撞是如何产生这样的极端条件的呢？想象一下两辆高速行驶的重型卡车迎面相撞，会产生巨大的冲击力和能量释放。
重离子碰撞的原理与此类似，只是规模和能量要大得多。
当重离子以接近光速的速度相互碰撞时，它们携带的巨大动能会在碰撞瞬间转化为热能和物质的内能，导致碰撞区域的温度瞬间飙升到数万亿摄氏度，能量密度也达到了极高的水平。
在这样的高温高能量密度环境中，夸克和胶子之间的相互作用也发生了显著的变化。
在正常情况下，夸克之间的强相互作用是通过交换胶子来实现的，这种相互作用使得夸克被紧紧地束缚在质子和中子内部。
但在重离子碰撞产生的夸克胶子等离子体中，由于温度和能量密度极高，胶子的自由度大大增加，它们不再仅仅是传递夸克之间相互作用的“信使”，而是成为了一种活跃的自由度，与夸克一起构成了一种新的热平衡态。
为了探测夸克胶子等离子体的形成，科学家们采用了多种先进的实验技术和手段。
其中，最重要的是通过测量碰撞产物的各种性质来推断夸克胶子等离子体的存在和特征。
例如，通过测量粒子的能谱、动量分布、集体流等性质，可以了解夸克胶子等离子体的温度、能量密度、压力等重要参数。
夸克胶子等离子体的相图与相变
夸克胶子等离子体的相图与相变相图与相变是研究物质在不同条件下的状态变化的重要工具。
夸克胶子等离子体作为一种新奇的物质状态，其相图和相变特性一直是科学家们关注的焦点。
本文将探讨夸克胶子等离子体的相图和相变特性，并对其在高能物理研究中的应用进行分析。
夸克胶子等离子体是一种极高温高密度的物质状态，其由夸克和胶子组成。
在极端条件下，如高能核碰撞实验中，夸克胶子等离子体可以产生，并呈现出独特的相图和相变行为。
夸克胶子等离子体的相图研究可以帮助我们更好地理解宇宙早期的宇宙物质状态和宇宙演化过程。
首先，我们来讨论夸克胶子等离子体的相图。
在相图中，横轴表示温度，纵轴表示化学势。
夸克胶子等离子体的相图通常包括两个关键区域：强耦合区和弱耦合区。
在强耦合区，夸克和胶子之间的相互作用非常强烈，几乎无法分离。
而在弱耦合区，夸克和胶子之间的相互作用较弱，可以自由运动。
接下来，我们来关注夸克胶子等离子体的相变特性。
相变是物质在特定温度和压力下从一种状态转变为另一种状态的过程。
对于夸克胶子等离子体来说，存在两种主要的相变现象：色解离相变和QCD相变。
色解离相变是指夸克胶子等离子体中夸克和胶子之间的相互作用随温度的升高而减弱，最终达到彻底解离的过程。
这种相变的研究对于理解强相互作用和夸克胶子等离子体的形成具有重要意义。
QCD相变是指夸克胶子等离子体中以夸克和胶子为基本粒子的相互作用由弱耦合转变为强耦合的过程。
这种相变通常发生在高温高密度条件下，研究QCD相变可以帮助我们理解宇宙早期的宇宙演化、星体物理等重要问题。
最后，我们来探讨夸克胶子等离子体相图与相变在高能物理研究中的应用。
夸克胶子等离子体的产生在大型强子对撞机等高能物理实验中起到了重要作用。
通过研究高能核碰撞实验中夸克胶子等离子体的形成和性质，我们可以更深入地了解夸克胶子等离子体的相图和相变特性，进而推动高能物理学的发展。
综上所述，夸克胶子等离子体的相图和相变特性是当今物理学研究的重要课题。
探测夸克──胶子等离子体
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物质的形态有几种
物质的形态有几种————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：物质的形态有几种在生活中，我们常见到的物质的形态有三种，分别为固态、液态和气态。
其特性如下：固体具有一定的形状，不容易被压缩;液体没有固定的形状，具有流动性;气体没有一定的形状，容易压缩，具有流动性。
那么，是不是物质的形态只有这三种呢？答案是否定的。
物质的形态有许多种，除了常见的固态、液态和气态外，还有等离子态、“夸克—胶子”等离子态、超流态、凝聚态、费米子凝聚态、“波色——爱因斯坦”凝聚态、超固态、简并态、中子态、超导态等，一般只有在实验室环境内才能见到这些另类的形态。
各种另类形态的介绍等离子态将气体加热，当其原子达到几千甚至上万摄氏度时，电子就会被原子"甩"掉，原子变成只带正电荷的离子。
此时，电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称做等离子态。
“夸克—胶子”等离子态夸克-胶子等离子体顾名思义含有夸克与胶子，如同普通（强子）物质。
这两种QCD的相态不同处在于：普通物质里，夸克要不是与反夸克成双成对而构成介子，或与另两个夸克构成重子（例如质子与中子）。
在QGP，相对地，这些介子与强子失去了身分，而成为更大一坨的夸克与胶子。
在普通物质，夸克是呈现色约束的；在QGP，夸克则不受约束。
超流态超流体是一种物质状态，特点是完全缺乏黏性。
如果将超流体放置于环状的容器中，由于没有摩擦力，它可以永无止尽地流动。
它能以零阻力通过微管，甚至能从碗中向上“滴”出而逃逸。
凝聚态所谓“凝聚态”，指的是由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用的系统。
自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。
固态和液态是最常见的凝聚态。
低温下的超流态，超导态，玻色- 爱因斯坦凝聚态，磁介质中的铁磁态，反铁磁态等，也都是凝聚态。
费米子凝聚态费米子凝聚态，是物质存在的第六态。
高能核物理前沿_探寻夸克_胶子等离子体_马余刚
高能核物理前沿：探寻夸克－胶子等离子体马余刚对于我们身处的物质世界，现代物理学认为它是起源于约150亿至200亿年前的一次宇宙大爆炸。
在宇宙的早期，物质的温度和密度都相当大，整个宇宙体系达到平衡。
初始的宇宙间只有正反夸克、轻子、胶子等一些基本粒子形态的物质。
宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。
当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。
宇宙大爆炸学说是现代宇宙生指出：20世纪物理学存在两大疑难，其一是对称性丢失，其二是夸克禁闭，疑难的解决，可能与真空的结构有关。
人们预期通过相对论重离子碰撞形成高温高密极端条件，改变真空的性质，从而解除夸克禁闭产生出一种在夸克层次上的图1 宇宙演化的示意图（引自：D. E. Groom et al., Particle DataGroup, The European Physical Journal C15（2000））图2 位于RHIC对撞机上的STAR探测器图示3Λ）的衰变产物。
(a)(b)得到碰撞顶点之后,对与碰撞顶点图3 STAR-TPC上探测到的粒子径迹。
其中反氦3（3He）和p+是超氚核（H4 高能重离子碰撞中产生的热密物质的化学势（a）、温度（b）随碰撞的质心系能量的关系强作用物质的相图：数据点来自（a）、（b），曲线分别表示了宇宙早期的演化、格点QCD和口袋模型的计算得到的相边界。
圆点代表数据。
三角点代表可能的相变临界终点（引自：P. Braun-Munzinger，J.Stachel，The quest for the quark–gluon plasma，Nature448302（2007））修正因子）的时候需要把对应的中心度区间内的碰撞数进行归一化。
可以看到，在高横动量P T >5 GeV/c 图5 2000亿电子伏的金核+金核碰撞中的可测量强子的椭圆流参数v 2随横向动量的分布函数（（a ）图）；图中，v 2=〈cos2j 〉，表征发射粒子在动量空间的各向异性程度，即碰撞火球是圆球形向外膨胀的，还是椭圆球形等形状向外膨胀的。
夸克胶子等离子体有何特性
夸克胶子等离子体有何特性在探索物质的微观世界时，夸克胶子等离子体是一个极为神秘且令人着迷的领域。
那么，夸克胶子等离子体到底具有哪些独特的特性呢？首先，夸克胶子等离子体具有极高的能量密度。
在这种状态下，夸克和胶子不再被束缚在强子（如质子和中子）内部，而是能够自由地运动和相互作用。
这使得夸克胶子等离子体内部的能量密度达到了令人难以置信的程度，远远超过了我们日常生活中所接触到的任何物质状态。
想象一下，这种高能量密度就如同一个极其浓缩的能量“海洋”，其中的夸克和胶子就像海洋中的“居民”，充满活力地穿梭和交互。
其次，夸克胶子等离子体具有很强的流动性。
它的流动性质与普通的流体有很大的不同。
普通流体在流动时会受到黏性等因素的影响，而夸克胶子等离子体的黏性却非常小，几乎可以忽略不计。
这使得它能够以一种极为顺畅和高效的方式流动，就好像是一种“完美流体”。
这种特性使得夸克胶子等离子体在宇宙早期的演化以及高能重离子碰撞等过程中发挥着重要的作用。
再者，夸克胶子等离子体具有独特的色禁闭和渐近自由特性。
在正常的物质状态下，夸克由于色禁闭的存在而无法单独存在，总是被束缚在强子内部。
然而，在夸克胶子等离子体中，由于极高的能量和温度，色禁闭被打破，夸克得以自由运动。
同时，夸克之间的相互作用还具有渐近自由的特点，即在短距离内相互作用很弱，而在长距离内相互作用很强。
这一特性对于理解夸克胶子等离子体的形成和演化机制至关重要。
此外，夸克胶子等离子体的热力学性质也非常独特。
它的温度、压强和熵等热力学参数与普通物质有很大的差异。
例如，其温度可以达到极高的程度，远远超过了恒星内部的温度。
而其压强和熵的变化规律也与我们熟悉的物质状态有所不同，需要通过复杂的理论和实验研究来揭示。
夸克胶子等离子体的形成和演化过程也十分复杂。
在高能重离子碰撞中，两个重离子以极高的速度相互碰撞，瞬间产生极高的能量和温度，从而形成夸克胶子等离子体。
然而，这个等离子体存在的时间非常短暂，仅仅在几微秒甚至更短的时间内就会迅速冷却并重新形成强子。
夸克胶子等离子体演化
夸克胶子等离子体演化
哎呀，夸克胶子等离子体演化这个话题，说起来可真够深奥的。
咱们四川人说话直来直去，我就先给大家讲讲大概的意思哈。
夸克胶子等离子体，就像是咱们煮火锅时候那个滚烫的汤底，里面的粒子都在疯狂地跑来跑去，相互碰撞、融合，形成各种各样的新东西。
再说说陕西方言吧，夸克胶子等离子体演化，那就像是咱们陕西的黄土高原，经过亿万年的风吹雨打，慢慢地形成了今天这个样子。
里面的夸克和胶子，就像是高原上的沙粒和石头，经过时间的洗礼，不断地在演化、变化。
至于北京方言嘛，夸克胶子等离子体演化，那就得说它像是个京剧里的变脸表演。
一开始你可能看不太清楚，但随着剧情的推进，那些角色就开始变换着各种脸谱，让人眼花缭乱。
夸克胶子等离子体也是这样，它不断地在变化，让人捉摸不透，但正是这种神秘感，才让人更加着迷。
总的来说，夸克胶子等离子体演化是个非常有趣的话题。
虽然咱们可能不太懂那些专业的物理概念，但用咱们自己的方言来聊聊，也能感受到其中的奥妙和魅力。
所以啊，大家别觉得物理就是枯燥无味的，其实它也可以很有趣的！。