МФТИ 1 июля 2011 Новое состояние материи: Кварк-глюонная плазма или Сгусток ранней Вселенной В лаборатории В.И.Захаров

Объяснение терминов Обычная плазма – состояние, в котором есть свободные электроны и ионы ( а не атомы) Примеры плазмы (картинки).

Кварки и глюоны Составляющие протонов, нейтронов Свободных кварков и глюонов вокруг нас нет.

Атом m e 0.5 MeV m n 1000 MeV

Атомное ядро m p m n

Протон m p 1000 MeV m u,d 3..5 MeV

Сила между кварком и антикварком 12 тонн!!! SU(3) glu Сила между кварком и антикварком 12 тонн!!! e 2qQCD (2+1)QCD

SU(2) glue 2qQCD (2+1)QCD Трёхчастичные силы

Кварк-глюонная плазма: В плазме кварки и глюоны не связаны в протоны, нейтроны. Связи между ними разорваны температурой

Открытие: где, когда? 2005 год, Брукхевен, США На коллайдере релятивистских ядер RHIC (Brookhaven Nat.Lab.)

Подтверждено наблюдение плазмы ЦЕРН (Женева). Большой адронный коллайдер, (Первые указания ЦЕРН, 2000)

План лекции: Будем следовать видеоролику из Брукхевена

Содержание ролика Система ускорителей Столкновение ядер золота Кварки в ядрах Рождение «цветной» плазмы Плазма, как жидкость

Почему ускорители? Сталкивают частицы с большой энергией. В классической физике: разбиваем на малые части, смотрим, из чего состоит

Виртуальный мир В квантовой механике: рождаются новые частицы, то, чего не было. Т.е. не только высвобождаются кварки из ядер.

На очень короткое время частица бывает не самой собой Передавая, превращаем виртуальное состояние в реальное

Как воссоздать сейчас кусок реальной Вселенной? - Передать нужное количество энергии в соответствующем объёме Что мы знаем о Вселенной?

Такие энергии доступны давно. Проблема: создать такую плотность энергии в достаточно большом объёме. (Вселенная «однородна», разлетается не из точки!)

Поэтому ускоряют объёмные ядра, а не протоны Площадь ядра = (атомный номер) (площадь протона)

Проблема «блинов» (pancakes) Лоренцево сжатие (глубина)= (радиус ядра)(масса ядра)/(энергия ядра)

«Отец» RHIC Казалось бы, нет смысла сталкивать «два листа стекла» Ответственность, основанная на интуиции. Т.Д. Ли… Оправдалось результатом.

Tsino, Dao Lee 1926, Нобелевская премия 1957 г., вместе с Янгом (C. N. Yang)

Почему вообще возможно? Есть квантовый эффект При фиксированном

Сработало и неожиданно найдено сильное взаимодействие, быстрая термализация (листы стекла переплавили и перешли в другое стекло)

Итак, на RHIC воспроизвели сгусток Вселенной в момент Что узнали о Вселенной?

Что реально наблюдается? - Обычные частицы Плазма рождается, охлаждается и распадается за. Всё за !

Температура плазмы Как измерить температуру за. Принцип тот же, что обычно: чем выше температура, тем сильнее светит.

Формула Планка Интенсивность на единицу площади измерения Где -частота, - температура, - константы.

Фотоны уходят далеко без потери энергии и регистрируются в детекторах. Так избегают Есть целая функция частоты – проверка термического равновесия

Плазма как жидкость Важнейшие эффекты: Эллиптический поток (elliptic flow) Тушение струй (Jet quenching)

Эллиптический поток В чём состоит эффект эллиптичности потока?

По короткой оси – более энергичные частицы. Почему? Ответ: градиент давления больше по малой оси Не наблюдалось бы в случае газа частиц

Тушение струй Эффект состоит в «исчезновении» импульса отдачи энергичной частицы Наблюдается только на ядрах

Как померить вязкость? Взглянем на распределение частиц Похоже на сплошную среду

Уравнения классической гидродинамики Применение уравнений гидродинамики Здесь - динамическая, а - кинематическая вязкость.

Получается, что - постоянная планка, -постоянная Больцмана, s – энтропия единицы объёма.

Этот результат очень важен, так как совпадает с нижним теоретическим пределом для вязкости (принцип неопределённости). Следовательно, кварк-глюонная плазма – квантовая жидкость, несмотря на огромную температуру.

Сходства со свойствами жидкого гелия Раньше такое низкое значение было известно только для жидкого гелия Жидкий гелий Кварк-глюонная плазма Температуры отличаются в раз!

Итог (предварительный) Воссозданы условия ранней Вселенной Новая квантовая жидкость при температуре в раз больше чем для жидкого гелия Пересмотрены программы строительства ускорителей, учебных программ.

Московский физико-технический институт Факультет общей и прикладной физики кафедра теоретической астрофизики и проблем термоядерной физики Специализация: квантовая гравитация и калибровочные поля Базовая организация "Государственный Научный Центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики" Москва, ул. Большая Черемушкинская, 25 Руководит новой специализацией всемирно известный физик - теоретик Валентин Иванович Захаров Наш студент это тот, кому интересна теоретическая физика и/или информатика и/или математическая физика и/или суперкмпьютеры (или все вместе).

Итак Воспроизвели Вселенную в момент времени от Большого взрыва Утверждение: Вселенная была горячей, квантовой жидкостью.