Температура Хагедорна - Hagedorn temperature

В Температура Хагедорна, Т_ЧАС, - температура в теоретическая физика куда адронный материя (то есть обычная материя) больше не стабильна и должна либо «испаряться», либо превращаться в кварковая материя; как таковой, его можно рассматривать как «точку кипения» адронной материи. Температура Хагедорна существует потому, что количество доступной энергии достаточно велико, чтобы частица материи (кварк –антикварк ) пары могут самопроизвольно вытягиваться из вакуума. Таким образом, наивно полагая, что система при температуре Хагедорна может вместить столько энергии, сколько можно вложить, потому что образовавшиеся кварки обеспечивают новые степени свободы, и, таким образом, температура Хагедорна будет непроходимой. абсолютно горячий. Однако, если вместо этого рассматривать эту фазу как кварки, становится очевидным, что материя превратилась в кварковая материя, который можно дополнительно нагревать.

Температура Хагедорна, Т_ЧАС, около 150 МэВ или о 1.7×10¹² K,^[1] как и масса-энергия легчайших адронов, пион.^[2] Материя с температурой Хагедорна или выше будет извергать огненные шары новых частиц, которые снова могут производить новые огненные шары, и выброшенные частицы затем могут быть обнаружены детекторами частиц. Этот кварковая материя обнаружен в столкновениях тяжелых ионов на СПС и LHC в ЦЕРН (Франция и Швейцария) и в RHIC в Брукхейвенская национальная лаборатория (СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ).

В теории струн отдельная температура Хагедорна может быть определена для струн, а не для адронов. Эта температура чрезвычайно высока (10³⁰ K) и поэтому представляет в основном теоретический интерес.^[3]

История

Температуру Хагедорна открыл немецкий физик. Рольф Хагедорн в 1960-е годы, работая в ЦЕРНе. Его работа над статистическая модель начальной загрузки образования адронов показали, что, поскольку увеличение энергии в системе вызовет образование новых частиц, увеличение энергии столкновения увеличит энтропию системы, а не температуру, и «температура застрянет на предельном значении».^[4][5]

Техническое объяснение

Температура Хагедорна - это температура, выше которой сумма раздела расходится в системе с экспоненциальным ростом плотности состояний.^[4][6]

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

Из-за расхождения люди могут прийти к неверному выводу, что невозможно иметь температуру выше температуры Хагедорна, что сделало бы ее оптимальной. абсолютно горячий температуры, потому что для этого потребуется бесконечное количество энергия. В уравнениях:

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

Это рассуждение было хорошо известно даже Хагедорну как ложное. Статистическая сумма для создания пар водород – антиводород расходится еще быстрее, потому что она получает конечный вклад от уровней энергии, которые накапливаются при энергии ионизации. Состояния, вызывающие расхождение, пространственно велики, так как электроны очень далеки от протонов. Расхождение указывает на то, что при низкой температуре водород-антиводород не будет образовываться, скорее, протон / антипротон и электрон / антиэлектрон. Температура Хагедорна - это только максимальная температура в физически нереалистичном случае экспоненциально большого числа частиц с энергией E и конечным размером.

Концепция экспоненциального роста числа состояний изначально была предложена в контексте физика конденсированного состояния. Он был включен в физику высоких энергий в начале 1970-х гг. Стивен Фраучи и Хагедорн. В адронной физике температура Хагедорна - это температура деконфайнмента.

В теории струн

В теория струн, это указывает на фазовый переход: переход, при котором очень длинные струны образуются в большом количестве. Он контролируется величиной натяжения струны, которая меньше, чем Планковский масштаб некоторой степенью константы связи. Установив меньшее натяжение по сравнению с масштабом Планка, переход Хагедорна может быть намного меньше, чем Планковская температура. Традиционный великое объединение струнные модели помещают это в величину 10³⁰ кельвин, на два порядка меньше планковской температуры. Такие температуры не были достигнуты ни в одном эксперименте, и они находятся далеко за пределами досягаемости существующих или даже предсказуемых технологий.

Смотрите также

• Высокая температура
• Абсолютно горячий
• Термодинамическая температура
• Неэквивалентная самосогласованная термодинамическая теория

Рекомендации

1. Гауджицки, Марек; Горенштейн, Марк И. (2016), Рафельски, Иоганн (ред.), "Масс-спектр адронов Хагедорна и начало деконфайнмента", Плавящиеся адроны, кипящие кварки - от температуры Хагедорна до ультрарелятивистских столкновений тяжелых ионов в ЦЕРНе, Springer International Publishing, стр. 87–92, Дои:10.1007/978-3-319-17545-4_11, ISBN  978-3-319-17544-7
2. Картлидж, Эдвин (23 июня 2011 г.). «Кварки высвобождаются при двух триллионах градусов». Мир физики. Получено 27 января 2014.
3. Атик, Джозеф Дж .; Виттен, Эдвард (1988). «Переход Хагедорна и число степеней свободы теории струн». Ядерная физика B. 310 (2): 291. Bibcode:1988НуФБ.310..291А. Дои:10.1016/0550-3213(88)90151-4.
4. Эриксон, Торлейф; Рафельский, Иоганн (4 сентября 2003 г.). "Сказка о температуре Хагедорна". ЦЕРН Курьер. Получено 2016-12-09.
5. Рафельский, Иоганн, изд. (2016). Плавящиеся адроны, кипящие кварки - от температуры Хагедорна до ультрарелятивистских столкновений тяжелых ионов в ЦЕРНе. Чам: Издательство Springer International. Дои:10.1007/978-3-319-17545-4. ISBN  978-3-319-17544-7.
6. Тайсон, Питер (декабрь 2007 г.). «Absolute Hot: есть ли противоположность абсолютному нулю?». НОВАЯ ЗВЕЗДА. Получено 2008-12-21.