夸克-胶子电浆

量子色动力学下的相态

夸克-胶子等离子体（英语：quark-gluon plasma，简称QGP），俗称夸克汤（quark soup），是一种量子色动力学下的相态，所处环境为极高温与极高密度。据信这种状态存在于大爆炸宇宙诞生后的最初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。布鲁克哈芬国家实验室的相对论性重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion Collider，简称RHIC）的实验正接续这项工作。CERN的新型实验——大型离子对撞机实验和超环面仪器实验都已在大型强子对撞机（Large Hadron Collider，简称LHC）展开。

简介

基本介绍

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。

等离子体是一种物质，其中电荷因为其他移动的电荷存在而被屏蔽；换句话说，库仑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（等离子体）的类比。此外尚有些不相似之处，肇因于色荷是非阿贝尔群的（non-Abelian），而电荷是阿贝尔群的。

这个差异的一个结果为色荷太大以致于无法进行摄动计算，而摄动计算却是量子电动力学（Quantum electrodynamics，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场论（lattice gauge theory）以及AdS/CFT对应。大约为170MeV的转换温度（transition temperature）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。

QGP可以在一个170MeV的温度（能级）产生。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。在CERN——欧洲核子研究中心和BNL——布鲁克海文国家实验室利用金和铅的原子核进行以上的撞击实验。碰撞所生成的极高温的区间被称为“火球”。这个火球迅速地在自身压力之下膨胀并冷却下来。通过对此过程的仔细研究，实验学家们希望能检验理论预测。

量子色动力学（QCD）是标准模型理论的一部分，此理论和弱电相互作用和中微子有关。在现时，量子电动力学和弱电相互作用已经被测试和证实了。量子色动力学的微扰部分可检验到百分之几的精度，与此相对应的是，其非微扰的部分却几乎未被检验过。对于QGP的研究是对这个粒子物理的宏大理论的部分检验。

对于QGP的研究也是对于有限温度场子场论的一种检验。这种理论试图了解在极高温度下基本粒子的行为。这对于了解早期宇宙的演化（宇宙大爆炸后几百微秒的时间）非常重要。虽然看上去距离实际生活非常遥远，但是这对于研发新一代的宇宙探测器威尔金森微波各向异性探测器及其后继者是非常关键的研究。

实验状况