夸克－胶子浆

夸克-胶子浆（Quark-Gluon Plasma,QGP）是一种量子色动力学下的相态，所处环境温度与密度极高。据信这种状态存在于宇宙诞生后的最初20或30微秒。欧洲核子研究中心（CERN）所属的超级质子同步加速器的实验首先尝试创造出QGP，时间大约是1980年代与1990年代，而且可能已达成部分的成就。目前，布鲁克哈芬国家实验室的相对论性重离子对撞机（RHIC）的实验正接续这项工作。CERN的新型实验——大型离子对撞实验（ALICE）已经（约在2007至2008年）在大型强子对撞机（LHC）展开。

基本介绍

夸克-胶子浆

夸克-胶子浆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份，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。

为什么这是种粒子浆态？

电浆是一种物质，其中电荷因为其他移动的电荷存在而被屏蔽；换句话说，库伦定律需被修改来产生一项和距离相依的电荷。在QGP中则是夸克与胶子的色荷被屏蔽。QGP则成为普通浆体（电浆）的类比。此外尚有些不相似之处，肇因於色荷是非阿贝尔式的（non-Abelian），而电荷是阿贝尔式的。

怎样做理论方面的研究？

这个差异的一个结果为色荷太大以致於无法进行微扰计算，而微扰计算却是量子电动力学（Quantumelectrodynamics，简称QED）的支柱。因此，探索QGP理论的主要理论工具是晶格规范理论（latticegaugetheory）以及AdS/CFT对应。大约是170MeV的转换温度（transitiontemperature）首先为晶格规范理论所预测。自此，晶格规范理论也被用来预测这类物质的其他性质。

怎样在实验室创造出来？

QGP可以在一个170电子伏特的温度（能量级数，请注意此能量并不是粒子束撞击所释出的能量）。此情况可以在实验室中以撞击两个大型原子核达到如此高的能量。科学家们在欧洲核子研究中心（CERN）和布鲁克海文国家实验室（BNL）利用金和铅的原子核进行以上的撞击实验。

怎样和物理主轴接轨？

量子色动力学（QCD）是标准模型理论的一部分，此理论和电弱相互作用和中微子有关。在现时，量子电动力学和电弱相互作用以经备人测试和证实了。

夸克胶子混合态

美国Brookhaven国家实验室RHIC实验发现了新的夸克胶子混合态。由夸克组成的例子主要有由三个夸克所组成的重子(例如质子和中子)和由两个夸克所组成的介子。而所有的重子统称为强子，是构成原子的主要粒子。这些夸克藉由胶子而结合在一起。美国Brookhaven国家实验室的相对论性重离子对撞机(RelativisticHeavyIonCollider,RHIC)便是利用将金原子加速至100GeV然后使两个金原子正面对撞，用40TeV的能量试图使夸克和胶子分离，形成所谓的夸克胶子电浆态，以模拟宇宙在质子出现前(pre-protonicuniverse)的情形。

根据RHIC四个实验组的结果，金原子对撞所产生的强大能量，产生了一团高温高密度的火球。它的密度相当于原子核密度的一百倍，大小大约为5fm(1fm=10^-15m)，温度大约为10^12度，生命期大约只有10^-24秒。科学家发现这团“火球”的确是由夸克及胶子所构成的，不过彼此之间的作用却比之前所猜想的像气体一般的弱相互作用(这就是被称为电浆态的原因)大不相同，而是具有较强作用力，类似液体一般的性质。

科学家观察发现这种新型态的夸克胶子液体具有很低的黏滞性，所以类似古典流体的性质，所以有可能可以利用流体力学的方式来计算其性质。不过他们目下一个实验目标将是测量这团火球的热容量及其对冲击波的反应。

电浆的实验

确定夸克-胶子电浆(quark-gluon plasma)态的存在，是目前原子核物理研究最重要的目标之一，CERN的一组研究人员利用重离子加速器得到了这方面实验的最新结果。在高能重离子碰撞实验中，碰撞产生的大量能量使得原子核被加热至极高的温度，此时核内的中子、质子(甚至当中的夸克(quark))以及碰撞过程产生的其它粒子，可视为一种极高温的气体。物理学家预测在这种环境之下可能产生夸克-胶子电浆态。稍早的一些实验结果对于这个预测给出了一些较间接的验证，但CERN的一组研究人员利用加速铅离子撞击静止的铅靶，测量到了理论预期的由夸克-胶子电浆交互作用产生的光子。理论学家相信，这些光子事件极有可能是夸克-胶子电浆态存在的直接证据。