kvark-gluon-plasma

Kvark–gluon-plasma sammenlignet med vanlig materie.

Av /Store norske leksikon ※.

Kvark-gluon-plasma er en tilstand til materie hvor kvarker og gluoner kan bevege seg relativt fritt. Dette er i motsetning til vanlig materie, hvor kvarker og gluoner er avgrensede til å befinne seg inni atomkjernen.

Et kvark-gluon-plasma kan produseres i laboratorier ved å la tunge atomkjerner kollidere med hverandre ved høye energier (100 GeV-området), hvilket i sin tur skaper enormt høye temperaturer.

Kvark-gluon-plasma i universet

Man antar at det tidlige univers befant seg i et kvark-gluon-plasma rett etter big bang. Da var temperaturen og massetettheten så høy at kvarker og gluoner ikke ennå var bundet i partikler (hadroner). I den påfølgende ekspansjon av universet sank temperaturen. Etter 0,00002 sekunder var temperaturen 2 · 1012 K (2 000 000 000 000 K), og plasmaet var så sterkt nedkjølt at det ble dannet protoner og nøytroner. Denne prosessen kalles hadronisering. Senere ble de lette, og så de tyngre, atomkjernene dannet.

Det er mulig at kvark–gluon-plasmaet også eksisterer i det indre av stellare objekter med høy tetthet, slik som nøytronstjerner.

Egenskaper

På samme måte som elektroner og atomkjerner frigjøres fra hverandre og beveger seg fritt i et plasma, frigjøres kvarker samt gluoner til å bevege seg fritt i et kvark-gluon-plasma.

Figuren viser grovt forskjellen på vanlig kjernematerie og kvark–gluon-plasmaet. Gluonet, som ikke er vist i figuren, er den feltpartikkelen som sørger for at kvarkene vekselvirker med hverandre. Kreftene mellom kvarkene er så store at det er umulig å rive løs en kvark for å studere denne. Studiet av kvark-gluon-plasmaet er den eneste måten man eksperimentelt kan undersøke hvordan flere kvarker vekselvirker uten å være bundet i hadroner.

Kvark-gluon-plasmaet vil ha svært kort levetid (10-24 s). Ved overgang til hadronisk materie vil man kunne studere tilsvarende prosesser som fant sted i det tidlige univers. Den totale energien og stoffmengden som er til stede i reaksjonen gir dog en kraftig begrensning i forhold til forholdene rett etter big bang.

Eksperimentell status

Materie som fremviser egenskaper til et kvark-gluon-plasmaet har blitt kunstig fremstilt. Dette oppnås via kollisjonseksperimenter hvor ladde partikler akselereres til høye hastigheter før de kolliderer med hverandre. De ladde partiklene er ofte tunge atomkjerner, slik som gull og bly.

Eksperimenter ved SPS-akseleratoren på CERN utført i 1990-årene ga indikasjoner om at et slikt plasma var produsert.

Detaljerte studier av plasmafasen har blitt mulig etter at RHIC-akseleratoren på Brookhaven National Laboratory åpnet i 2000. Der observerte man et kvark-gluon-plasma som fremviste sterke kollektive bevegelsesmønstre. Dette indikerte at plasmaet nærmest oppførte seg som en væske. Det er ventet at plasmaet vil anta en gassform ved enda høyere energier.

Målinger av kvark-gluon-plasma ved LHC-akseleratoren på CERN, hvor partiklene akselereres til energier i TeV-området, ble første gang gjennomført høsten 2010.

I 2012 oppnådde man en rekordhøy temperatur på over 5 trillioner Kelvin i ALICE-eksperimentet ved CERN.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg