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쿼크-글루온 플라스마

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QCD 상도. R.S. Bhalerao가 만든 원본을 각색하였다.[1]

쿼크-글루온 플라스마(quark–gluon plasma, QGP 또는 쿼크 수프; quark soup)는 열적(국소 운동) 및 (거의) 화학적(풍부도) 평형 상태에 있는 쿼크와 글루온의 상호작용하는 국소화된 집합체이다. 플라스마라는 단어는 자유 색전하가 허용됨을 나타낸다. 1987년 요약에서 레옹 반 호브는 쿼크 글루온 플라스마, 쿼크 물질, 그리고 새로운 물질 상태라는 세 용어의 동등성을 지적했다.[2] 온도가 하게도른 온도보다 높고 - 따라서 가벼운 u,d-쿼크 질량 척도보다 높기 때문에 - 압력은 온도의 4제곱()과 실질적으로 무질량인 많은 쿼크 및 글루온 구성 요소에 의해 지배되는 상대론적 슈테판-볼츠만 형식을 나타낸다. QGP는 거의 자유로운 역학과 실질적으로 무질량인 글루온 및 쿼크의 관점에서 물리적 특성을 나타내는 강하게 상호작용하는 물질의 새로운 상으로 등장한다고 할 수 있다. 새로운 물질 상태가 QGP로 불리기 위해서는 쿼크와 글루온 모두 화학적(산출) 평형에 가까운 조건에서 존재해야 하며, 그들의 색전하가 열려 있어야 한다.

빅뱅 이론에서, 쿼크-글루온 플라스마는 우리가 알고 있는 물질이 생성되기 전에 우주 전체를 채웠다. 쿼크-글루온 플라스마의 존재를 예측하는 이론들은 1970년대 후반과 1980년대 초반에 개발되었다.[3] 중이온 실험에 관한 논의가 뒤따랐고,[4][5][6][7][8] 첫 실험 제안은 이후 몇 년 동안 CERN과[9][10][11][12][13][14] BNL에서 제시되었다.[15][16] 쿼크-글루온 플라스마는[17][18] 2000년 CERN 연구소에서 처음으로 실험실에서 검출되었다.[19][20][21]

QGP 발견 전 CERN-SPS 상대론적 중이온 프로그램의 타임라인[19]

개괄

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쿼크-글루온 플라스마는 극도로 높은 에너지 밀도 하에서 바리온 물질의 하드론을 구성하는 기본 입자들이 서로 간의 강한 인력으로부터 자유로워진 물질의 상태이다.[22] 이 입자들은 바리온 물질을 구성하는 쿼크와 글루온이다.[23] 일반 물질에서 쿼크는 속박되어 있으나, QGP에서 쿼크는 비속박 상태이다. 고전적 양자 색역학(QCD)에서, 쿼크는 하드론(중간자와 바리온)의 페르미온 성분인 반면, 글루온은 그러한 입자들의 보손 성분으로 간주된다. 글루온은 QCD 색력의 힘 전달자, 즉 보존이며, 쿼크 자체는 그들의 페르미온 물질 대응체이다.

쿼크-글루온 플라스마는 빅뱅 후 약 20μs에 기본 자유도(쿼크, 글루온)로부터 물질이 형성되었을 때 우주에 존재했던 고에너지 밀도 조건을 재현하고 이해하기 위해 연구된다. 실험 그룹들은 '넓은' 거리에 걸쳐 물질의 지배적 형태와 자연 법칙을 결정하는 (비)속박 양자 진공 구조를 탐색하고 있다. 이 실험들은 물질과 질량의 기원에 대한 통찰을 제공한다: 물질과 반물질은 쿼크-글루온 플라스마가 '하드론화'될 때 생성되며, 물질의 질량은 속박 진공 구조에서 기원한다.[19]

각주

[편집]
  1. ↑ Bhalerao, Rajeev S. (2014). 〈Relativistic heavy-ion collisions〉. Mulders, M.; Kawagoe, K. 《1st Asia-Europe-Pacific School of High-Energy Physics》. CERN Yellow Reports: School Proceedings. CERN-2014-001; KEK-Proceedings-2013–8. Geneva: CERN. 219–239쪽. doi:10.5170/CERN-2014-001. ISBN 9789290833994. OCLC 801745660. S2CID 119256218. 
  2. ↑ Van Hove, Léon Charles Prudent (1987). 《Theoretical prediction of a new state of matter, the "quark-gluon plasma" (also called "quark matter")》. 
  3. ↑ Satz, H. (1981). 《Statistical Mechanics of Quarks and Hadrons: Proceedings of an International Symposium Held at the University of Bielefeld, F.R.G., August 24–31, 1980》 (영어). North-Holland. ISBN 978-0-444-86227-3. 
  4. ↑ Cocconi, G. (January 1974). 〈Developments at CERN〉. 《Report of the workshop on GeV/nucleon collisions of heavy ions: how and why, November 29--December 1, 1974, Bear Mountain, New York》 (영어). 78쪽. OSTI 4061527. 
  5. ↑ Webb, C. (1979). First workshop on ultra-relativistic nuclear collisions, LBL, May 21–24, 1979 (보고서). LBL-8957 (영어). OSTI 5187301. 
  6. ↑ Nakai, Kōji; Goldhaber, A. S.; Shinkōkai, Nihon Gakujutsu; Foundation (U.S.), National Science (1980). 《High-energy nuclear interactions and properties of dense nuclear matter: proceedings of the Hakone Seminar (Japan-U.S. Joint Seminar) held at Hakone, from July 7 to 11, 1980》 (영어). Tokyo: Hayashi-Kobo. 
  7. ↑ Darmstadt), Workshop on Future Relativistic Heavy Ion Experiments (1980 (1981). 《Proceedings: GSI Darmstadt, October 7–10, 1980》 (영어). GSI. 
  8. ↑ 《5th High Energy Heavy Ion Study, May 18–22, 1981: proceedings》. LBL-12652 (영어). Lawrence Berkeley Laboratory, University of California. 1981. OSTI 5161227. 
  9. ↑ CERN. Geneva. Proton Synchrotron and Synchrocyclotron Committee, 편집. (1980). 《Letter of intent: study of particle production and target fragmentation in central Ne on Pb reactions at 12 GeV per nucleon energy of the CERN PS external beam》. 
  10. ↑ CERN. Geneva. Proton Synchrotron and Synchrocyclotron Committee, 편집. (1982). 《Study of relativistic nucleus-nucleus reactions induced by O beams of 9–13 GeV per nucleon at the CERN PS》. Geneva: CERN. 
  11. ↑ Middelkoop, Willem Cornelis (1982). 《Remarks on the possible use of the SPS for 0 ion beams》. CERN. Geneva. SPS Experiments Committee. Geneva: CERN. 
  12. ↑ CERN. Geneva. SPS Experiments Committee, 편집. (1983). 《Proposal to the SPSC: use of the facility for p-, -, and 0-uranium collisions (CERN-SPSC-83-54)》. Geneva: CERN. 
  13. ↑ Albrow, M. G. (1983). 〈Experiments with nuclear beams and targets〉. Mannelli, Italo. 《Workshop on SPS Fixed-target Physics in the Years 1984–1989, CERN, Geneva, Switzerland, 6 – 10 Dec 1982》. CERN-83-02 2. Geneva: CERN. 462–476쪽. doi:10.5170/CERN-1983-002-V-2.462. 
  14. ↑ Quercigh, E. (2012). “Four heavy-ion experiments at the CERN-SPS: A trip down memory lane”. 《Acta Physica Polonica B》 (영어) 43 (4): 771. doi:10.5506/APhysPolB.43.771. ISSN 0587-4254. S2CID 126317771. 
  15. ↑ “Report of task force for relativistic heavy ion physics”. 《Nuclear Physics A》 (영어) 418: 657–668. 1984. Bibcode:1984NuPhA.418..657.. doi:10.1016/0375-9474(84)90584-0. 
  16. ↑ Laboratory, Brookhaven National (1983). 《Proposal for a 15A-GeV Heavy Ion Facility at Brookhaven》. BNL 32250 (영어). Brookhaven National Laboratory. 
  17. ↑ Kapusta, J. I.; Müller, B.; Rafelski, Johann, 편집. (2003). 《Quark–gluon plasma: theoretical foundations》. Amsterdam: North-Holland. ISBN 978-0-444-51110-2. 
  18. ↑ Jacob, M.; Tran Thanh Van, J. (1982). “Quark matter formation and heavy ion collisions”. 《Physics Reports》 (영어) 88 (5): 321–413. doi:10.1016/0370-1573(82)90083-7. 
  19. ↑ 가 나 다 Rafelski, Johann (2015). “Melting hadrons, boiling quarks”. 《The European Physical Journal A》 (영어) 51 (9): 114. arXiv:1508.03260. Bibcode:2015EPJA...51..114R. doi:10.1140/epja/i2015-15114-0. ISSN 1434-6001. S2CID 119191818. 
  20. ↑ Heinz, Ulrich; Jacob, Maurice (2000년 2월 16일). “Evidence for a New State of Matter: An Assessment of the Results from the CERN Lead Beam Programme”. arXiv:nucl-th/0002042. 
  21. ↑ Glanz, James (2000년 2월 10일). “Particle Physicists Getting Closer To the Bang That Started It All”. 《The New York Times》 (미국 영어). ISSN 0362-4331. 2020년 5월 10일에 확인함. 
  22. ↑ Braun-Munzinger, Peter; Stachel, Johanna (July 2007). “The quest for the quark–gluon plasma”. 《Nature》 (영어) 448 (7151): 302–309. doi:10.1038/nature06080. ISSN 0028-0836. 
  23. ↑ “Infocenter ILGTI: Indian Lattice Gauge Theory Initiative”. 2005년 2월 12일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2005년 5월 20일에 확인함. 
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