El plasma de quarks-gluones o QGP es un ensamblaje localizado interactivo de quarks y gluones en equilibrio térmico (cinético local) y (cercano) químico (abundancia). La palabra plasma indica que se permiten cargas de color gratuitas. En un resumen de 1987, Léon van Hove señaló la equivalencia de los tres términos: plasma de gluones de quarks, materia de quarks y un nuevo estado de la materia. [2] Dado que la temperatura está por encima de la temperatura de Hagedorn—y, por lo tanto, por encima de la escala de la masa ligera de los quarks u,d—, la presión exhibe el formato relativista de Stefan-Boltzmann gobernado por la cuarta potencia de la temperatura y muchos constituyentes de quarks y gluones prácticamente libres de masa. Se puede decir que QGP emerge como la nueva fase de la materia que interactúa fuertemente y que manifiesta sus propiedades físicas en términos de una dinámica casi libre de gluones y quarks prácticamente sin masa. Tanto los quarks como los gluones deben estar presentes en condiciones cercanas al equilibrio químico (rendimiento) con su carga de color abierta para que un nuevo estado de la materia se denomine QGP.
El plasma de quarks y gluones llenó todo el Universo antes de que se creara la materia. Las teorías que predicen la existencia de plasma de quarks-gluones se desarrollaron a fines de la década de 1970 y principios de la de 1980. [3] Las discusiones sobre la experimentación con iones pesados siguieron su ejemplo [4] [5] [6] [7] [8] y las primeras propuestas de experimentos se presentaron en el CERN [9] [10] [11] [12] [13] [14] y BNL [15] [16] en los años siguientes. El plasma de quarks-gluones [17] [18] se detectó por primera vez en el laboratorio del CERN en el año 2000. [19] [20][21]
El plasma de quarks-gluones es un estado de la materia en el que las partículas elementales que forman los hadrones de la materia bariónica se liberan de su fuerte atracción mutua bajo densidades de energía extremadamente altas . Estas partículas son los quarks y gluones que componen la materia bariónica. [22] En la materia normal, los quarks están confinados ; en el QGP se desconfinan los quarks . En la QCD clásica, los quarks son los componentes fermiónicos de los hadrones ( mesones y bariones ), mientras que los gluones se consideran loscomponentes bosónicos de dichas partículas. Los gluones son los portadores de fuerza, o bosones, de la fuerza de color QCD, mientras que los quarks por sí mismos son sus contrapartes de materia fermiónica.
El plasma de quarks-gluones se estudia para recrear y comprender las condiciones de alta densidad de energía que prevalecen en el Universo cuando la materia se formó a partir de grados de libertad elementales (quarks, gluones) aproximadamente 20 μs después del Big Bang . Los grupos experimentales están investigando a una "gran" distancia la estructura del vacío cuántico (des)confinante, el éter relativista actual, que determina la forma prevaleciente de la materia y las leyes de la naturaleza. Los experimentos dan una idea del origen de la materia y la masa: la materia y la antimateria se crean cuando el plasma de quarks-gluones se 'hadroniza' y la masa de la materia se origina en la estructura de vacío de confinamiento. [19]
QCD es una parte de la teoría moderna de la física de partículas llamada Modelo Estándar . Otras partes de esta teoría se ocupan de las interacciones electrodébiles y los neutrinos . La teoría de la electrodinámica ha sido probada y encontrada correcta en unas pocas partes en un billón. La teoría de las interacciones débiles se ha probado y se ha encontrado correcta en unas pocas partes en mil. Las formas perturbadoras de QCD se han probado en un pequeño porcentaje. [23]Los modelos perturbadores asumen cambios relativamente pequeños del estado fundamental, es decir, temperaturas y densidades relativamente bajas, lo que simplifica los cálculos a costa de la generalidad. Por el contrario, las formas no perturbativas de QCD apenas se han probado. El estudio del QGP, que tiene alta temperatura y densidad, es parte de este esfuerzo por consolidar la gran teoría de la física de partículas.