Trạng thái plasma Quark - Gluon

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài nghiên cứu trình bày về trạng thái plasma quark-gluon (QGP) – một dạng vật chất tồn tại ở nhiệt độ và mật độ năng lượng cực cao, nơi quark và gluon không còn bị giam giữ trong hadron. Đây là trạng thái vật chất được cho là đã tồn tại trong những khoảnh khắc đầu tiên sau vụ nổ Big Bang. Nghiên cứu đi sâu vào cơ chế hình thành QGP trong các thí nghiệm va chạm ion nặng như tại RHIC hay LHC, cũng như các đặc trưng vật lý và phương pháp phát hiện QGP qua dấu hiệu gián tiếp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Trạng thái plasma Quark - Gluon

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 TRẠNG THÁI PLASMA QUARK - GLUON Đặng Thị Minh Huệ, Lê Thị Thắng Trường Đại học Thủy lợi, email: lethithang@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Lý thuyết về tương tác mạnh được mô tả bởi sắc động học lượng tử (QCD) dựa trên Các nghiên cứu cơ bản về hạt nhân tính đối xứng chuẩn SU(3): Tương tác mạnh nguyên tử đã khẳng định rằng, proton và được điều chỉnh bởi các gluon, đó là các neutron được tạo thành từ các hạt cơ bản boson véc tơ thỏa mãn SU(3), gọi là thuộc hơn, đó là các hạt quark. Trong trường hợp nhóm boson chuẩn [3]. Theo QCD, một bình thường, các quark liên kết chặt với quark thuộc dạng biểu diễn cơ bản của SU(3) nhau bên trong proton và neutron thông qua và có thể có 3 trạng thái ứng với các bậc tự gluon. Gluon là một hạt boson không khối do màu sắc khác nhau. Các bậc tự do đó được lượng, có spin bằng 1, không bao giờ tồn tại biểu thị bằng chỉ số i và một quark có thể ở dạng tự do. Gluon đóng vai trò là hạt trung được viết là qi (i = 1, 2, 3: đỏ, xanh lá cây và gian liên kết cặp quark up (q) và phản quark xanh dương). Nhưng, một quark luôn có phản down ( q ) trong hạt nhân [1-4]. Như vậy, quark q-i của nó nên phản quark có phản màu. Tuy nhiên, màu quark thường thay đổi do gluon là hạt truyền tương tác hạt nhân, hay tương tác quark-gluon. Sự khác biệt về màu các quark liên kết chặt chẽ với nhau thông sắc được gluon mang đi. Như vậy, gluon qua gluon. Không có gluon thì không có mang một màu và một phản màu, hoạt động nguyên tử, không có vật chất, không có thế và biến đổi như một cặp quark-phản quark giới ngày nay. q-iqj. Do đó, có 8 loại gluon [2]. Khi ở nhiệt độ cực cao (cỡ 2.1012 K ), Tóm lại, “điện tích màu” là nguồn gốc của nguyên tử hạt nhân có năng lượng rất lớn, lúc tương tác mạnh. Tương tác mạnh QCD trở này lực tương tác hạt nhân mạnh không thể nên yếu ở mức năng lượng cao. Bản thân gắn kết các proton và neutron được nữa, gluon là hạt có điện tích màu mang nhiệm vụ chúng tách nhau ra và tồn tại dưới dạng vật truyền tương tác mạnh. Do đó gluon có khả chất mới, được gọi là plasma quark - gluon. năng tự tương tác. Mặc dù là thành phần cơ Tức là, vật chất ở trạng thái nóng đến mức bản của vật chất nhưng cho đến nay mảng các proton và neutron từ trung tâm nguyên tử nghiên cứu về gluon và lực hạt nhân mạnh có thể tan chảy tạo thành dạng vật chất nóng nói chung, cũng như tương tác của trạng thái plasma quark-gluon nói riêng vẫn còn rất nhất gọi là plasma quark gluon. Các nhà vật nhiều bí ẩn mà các nhà khoa học chưa tìm ra lý ở trung tâm nghiên cứu hạt nhân Châu Âu lời giải đáp đầy đủ [1]. đã tạo ra trạng thái này trong phòng thí Ở bài báo này, chúng tôi nghiên cứu pha nghiệm bằng cách gia tốc các hạt và cho trạng thái plasma quark-gluon của môi chúng va chạm với nhau trong ống chịu được trường chất hạt nhân với mục đích tìm hiểu nhiệt độ cực cao [2,4]. Cho đến nay, nghiên thế nhiệt động của trạng thái này dựa trên mô cứu về trạng thái này vẫn đang là một chủ đề hình lý thuyết QCD nhiễu loạn. Từ đó có thể nghiên cứu quan trọng, hấp dẫn và nhiều thử rút ra kết luận về tính chất vật lý của trạng thách của vật lý hạt. thái này. 309
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU D 1  k ,  0 ,  0   Chúng tôi nghiên cứu lý thuyết các tính ˆ  k  M    0  0  (3)   chất của trạng thái plasma quark - gluon dựa  0 k  M    0   ˆ   trên lý thuyết trường lượng tử ở nhiệt độ hữu hạn và sử dụng mô hình hiệu dụng của QCD G 1  k , q,    nhiễu loạn trong gần đúng một vòng. ˆ  k  M qq   0 q  (4) 0 Lagrangian của mô hình có dạng:    k  M    0   ˆ L  q  i     g v  mq   0  q  0   1 (1) trong đó  g s q   i 5 .  q  F F   U , 4 1 0 0   ; M   m  gv ; M   m  gv trong đó:  0 1 F F v       , M qq  mqq  g vu , mqq  g s 0 ; u     0 , 1 2 2 2  0   , M   m  g sv 0 , m  g svu . (5) U g sv       2 Từ (3) và (4) suy ra: m2    2 (2)    2   2    2   2  , De t D 1 (k , ,  )  2 4! (6) 3 1  k  E  k  E  k  E  k  E  ,           2  m  m  , m 2   3m2  m  , 2 2 2 f 2 DetG 1 ( k , q,  )   (7) với q, σ,  ,  lần lượt là các toán tử trường  k  E  k  E  k  E  k  E  ,  q  q     quark, sigma meson, pion meson và omega meson; mq, m, m, m lần lượt là khối lượng với  tương ứng của quark, sigma meson, pion E  k 2  M 2    g s 0 , meson và omega meson; fπ là hằng số phân 2 rã của pion;µlà thế hóa học của môi trường E  k  M 2    g s 0 , hạt nhân; gs, gv, gsv, m,  là các tham số của   E  k 2  M 2   E  k 2  M 2   mô hình. , , 2 Để thực hiện mục đích nói trên, trước tiên Eqq  k  M qq    g v q ,  2 tác giả xác định biểu thức thế nhiệt động của  trạng thái plasma quark-gluon trong môi Eqq  k 2  M qq    g v q ,  2 trường hạt nhân trong trường hợp không có  E  k 2  M     g s0  2 ngưng tụ pion, từ đó thiết lập phương trình , 2 trạng thái mô tả các tính chất vật lý của trạng E  k  M     g s0 ,  2 (8) thái này. Từ biểu thức định nghĩa thế nhiệt động 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU [2], sử dụng lý thuyết trường lượng tử ở nhiệt độ hữu hạn, thu được thế nhiệt động Ω Từ Lagrangian (1) chúng tôi thu được biểu của trạng thái plasma quark-gluon trong môi thức nghịch đảo của hàm truyền cây trong trường hạt nhân: không gian xung lượng của trạng thái plasma   U  irD 1  irG 1  quark-gluon trong môi trường hạt nhân trong id 4 ( k ) id 4 ( k ) (9) trường hợp không có ngưng tụ pion (trị trung U  r ln D 1   r ln G 1. bình của toán tử trường pion bằng không): (2 ) 4 (2 ) 4 310
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 Thay (3), (4) vào (7) thu được biểu thức mật độ các quark (véc tơ) và tổng mật độ các thế nhiệt động viết dưới dạng hạt khác (gọi chung là các hạt vô hướng) d 4 (k ) trong mô hình, được tính từ:   U  2i   ln(k  E p )  ln( k  E p )      (2 ) 4   q   , s   . (15)  M qq d 4 (k ) 2i   ln(k  E )  ln( k  E )  Phương trình (13), (14) là các phương trình (2 ) 4   trạng thái cho phép xác định các tính chất của d 4 (k ) chất hạt nhân ở pha plasma quark - gluon. 2i   ln(k  E )  ln( k  E )    (2 ) 4   Biểu thức (5), (8) và (12) cho thấy: khi nhiệt độ T có giá trị cực cao, năng lượng của d 4 (k ) các hạt tức là cực lớn, liên kết quark - phản 2i   ln(k  E )  ln( k  E )  .   (10) (2 ) 4   quark bị phá vỡ, lúc này gluon được giải Trong hình thức luận thời gian ảo và gần phóng và chất hạt nhân ỏ pha plasma quark - đúng một vòng đối với trường quark, biểu gluon. Khẳng định này hoàn toàn phù hợp thức của thế nhiệt động được viết là: với kết quả của các nghiên cứu khác. Tuy nhiên, khi đó năng lượng ở vỏ quark chỉ còn   2 N c N f   E p  T ln(1  e p )  k 2 dk  E  /T   phụ thuộc véc tơ sóng trong không gian xung (11) lượng. Tức là ở trạng thái này, các quark hoạt 2 N c N f  k dk T ln(1  e  E  /T  2 p ) U , động và biến đổi như một sóng lan truyền   trong đó số màu Nc = 3 và số vị Nf = 2, Ep là trong môi trường plasma. năng lượng trên vỏ quark:  4. KẾT LUẬN E p  k 2  M qq . 2 (12) Ở bài báo này, chúng tôi thu được các kết Dựa vào (11) chúng tôi tính được áp suất quả chính như sau: và mật độ năng lượng của pha trạng thái 1. Tìm được biểu thức thế nhiệt động, các plasma quark - gluon trong môi trường hạt phương trình trạng thái mô tả trạng thái nhân như sau: plasma quark - gluon. * Áp suất: 2. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở pha Trạng thái vật lý mà chúng ta quan sát plasma quark - gluon, liên kết quark - phản phải là trạng thái ứng với cực tiểu của thế quark bị phá vỡ, gluon được giải phóng và nhiệt động, các quark vận động như một mode sóng lan g2 g2 truyền trong môi trường chất lưu. Đây cũng P   min   v 2  q2  s 2 2 là kết quả mới của bài báo. 2M q 2M  g v2 2 g2 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO    sv 2   2 . (13) 2 M 2 2M  [1] Erdem Sucu, Ali Övgün (2024), The effect   of quark-antiquark confinement on the   E    Ep T  p  deflection angle by the NED black hole, k dk  ln  1  e T   ln  1  e T  2  0 2     https://doi.org/10.1016/j.dark.2024.101446.       [2] F. Karsch (2007), Properties of the quark * Mật độ năng lượng toàn phần: gluon plasma: a lattice perspective. Nucl. Thực hiện phép biến đổi Legender, thu Phys. A 783, 13. được: [3] K.Kanayaa (2000), Hadronic Properties g v2 2 g2 g2 g2 from Lattice QCD with Dynamical Quarks.   q  s 2 2  v 2 2  sv 2   2 2M q 2 2M  2M  2M  UTHEP-425 UTCCP-P-86. ,(14) [4] K. Yagi, T. Hatsuda, Y. Miake (2005), Quark- 1   1 1  k dk   E p    1  Gluon Plasma: From Big Bang To Little Bang, 2    2 0  1  eE /T 1  eE 1  Cambridge University Press, Cambridge. 311