Хагедорн Температура

Температура, при которой статистическая сумма статистико-механической системы расходится

Температура Хагедорна, TH _, — это температура в теоретической физике , при которой адронная материя (т.е. обычная материя) больше не является стабильной и должна либо «испаряться», либо превращаться в кварковую материю ; как таковую, ее можно рассматривать как « точку кипения » адронной материи. Его открыл Рольф Хагедорн . Температура Хагедорна существует потому, что количество доступной энергии достаточно велико, чтобы пары частиц материи ( кварк - антикварк ) могли самопроизвольно вытягиваться из вакуума. Таким образом, если наивно считать, что система при температуре Хагедорна может вместить столько энергии, сколько можно вложить, поскольку образовавшиеся кварки обеспечивают новые степени свободы, и, таким образом, температура Хагедорна будет непреодолимой и абсолютно высокой. Однако, если вместо этого рассматривать эту фазу как кварки, становится очевидным, что материя превратилась в кварковую материю , которую можно дополнительно нагревать.

Температура Хагедорна _TH составляет около150  МэВ/ кБ  или _около1,7 × 10 ¹²  К , ^[1] немного выше массы-энергии самого легкого адрона, пиона . ^[2] Материя с температурой Хагедорна или выше будет извергать огненные шары новых частиц, которые могут снова создавать новые огненные шары, а выброшенные частицы затем могут быть обнаружены детекторами частиц. Эта кварковая материя была обнаружена в столкновениях тяжелых ионов на SPS и LHC в CERN (Франция и Швейцария) ^{[ нужна цитация ]} и на RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории (США) ^{[ нужна цитация ]} .

В теории струн отдельная температура Хагедорна может быть определена для струн, а не для адронов. Эта температура чрезвычайно высока (10–30 ^К ) и поэтому представляет преимущественно теоретический интерес. ^[3]

История

Температура Хагедорна была открыта немецким физиком Рольфом Хагедорном в 1960-х годах во время работы в ЦЕРНе. Его работа над статистической бутстрап-моделью образования адронов показала, что, поскольку увеличение энергии в системе приводит к образованию новых частиц, увеличение энергии столкновения приведет к увеличению энтропии системы, а не температуры, и «температура застревает». по предельной стоимости». ^{[4] [5]}

Техническое объяснение

Температура Хагедорна — это температура T _H , выше которой сумма распределения расходится в системе с экспоненциальным ростом плотности состояний. ^{[4] [6]}

${\displaystyle \lim _{T\rightarrow T_{\rm {H}}^{-}}\operatorname {Tr} \left[e^{-\beta H}\right]=\infty }$

Из-за расхождения люди могут прийти к неправильному выводу, что невозможно иметь температуру выше температуры Хагедорна, что сделало бы ее абсолютно высокой температурой, поскольку для этого потребовалось бы бесконечное количество энергии . В уравнениях:

${\displaystyle \lim _{T\rightarrow T_{\rm {H}}^{-}}E=\lim _{T\rightarrow T_{\rm {H}}^{-}}{\frac {\operatorname {Tr} \left[He^{-\beta H}\right]}{\operatorname {Tr} \left[e^{-\beta H}\right]}}=\infty }$

Эта линия рассуждений была хорошо известна даже Хагедорну. Статистическая сумма образования пар водород–антиводород расходится еще быстрее, поскольку в нее входит конечный вклад энергетических уровней, накапливающихся при энергии ионизации. Состояния, вызывающие расходимость, пространственно велики, поскольку электроны находятся очень далеко от протонов. Расхождение указывает на то, что при низкой температуре будет образовываться не водород-антиводород, а протон/антипротон и электрон/антиэлектрон. Температура Хагедорна — это лишь максимальная температура в физически нереальном случае экспоненциально большого числа частиц с энергией E и конечным размером.

Концепция экспоненциального роста числа состояний первоначально была предложена в контексте физики конденсированного состояния . Он был включен в физику высоких энергий в начале 1970-х годов Стивеном Фраучи и Хагедорном. В адронной физике температура Хагедорна является температурой деконфайнмента.

В теории струн

В теории струн это указывает на фазовый переход: переход, при котором образуется большое количество очень длинных струн. Оно определяется величиной натяжения струны, которая на некоторую степень константы связи меньше планковского масштаба . Если сделать натяжение небольшим по сравнению с масштабом Планка, переход Хагедорна может быть намного меньше температуры Планка . Традиционные модели великого объединения струн определяют это как величину10 ³⁰  кельвинов , что на два порядка меньше планковской температуры. Такие температуры не были достигнуты ни в одном эксперименте и находятся далеко за пределами нынешних или даже обозримых технологий.

Смотрите также

• Нагревать
• Термодинамическая температура
• Нерасширенная самосогласованная термодинамическая теория

Рекомендации

1. Гадзицкий, Марек; Горенштейн, Марк И. (2016), Рафельски, Иоганн (ред.), «Масс-спектр адронов Хагедорна и начало деконфайнмента», Плавление адронов, кипение кварков - от температуры Хагедорна до ультрарелятивистских столкновений тяжелых ионов в ЦЕРН , Спрингер International Publishing, стр. 87–92, arXiv : 1502.07684 , Bibcode : 2016mhbq.book...87G, doi : 10.1007/978-3-319-17545-4_11 , ISBN 978-3-319-17544-7
2. Картлидж, Эдвин (23 июня 2011 г.). «Кварки вырываются на свободу при температуре два триллиона градусов». Мир физики . Проверено 27 января 2014 г.
3. Атик, Джозеф Дж.; Виттен, Эдвард (1988). «Переход Хагедорна и число степеней свободы теории струн». Ядерная физика Б . 310 (2): 291. Бибкод : 1988NuPhB.310..291A. дои : 10.1016/0550-3213(88)90151-4.
4. Эриксон, Торлейф; Рафельски, Иоганн (4 сентября 2003 г.). «Сказка о температуре Хагедорна». ЦЕРН Курьер . Проверено 9 декабря 2016 г.
5. Рафельски, Иоганн, изд. (2016). Плавление адронов и кипение кварков – от температуры Хагедорна до ультрарелятивистских столкновений тяжелых ионов в ЦЕРНе . Чам: Международное издательство Springer. Бибкод : 2016mhbq.book.....R. дои : 10.1007/978-3-319-17545-4. ISBN 978-3-319-17544-7.
6. Тайсон, Питер (декабрь 2007 г.). «Абсолютное горячее: есть ли противоположность абсолютному нулю?». НОВА . Проверено 21 декабря 2008 г.