Як відомо, в сильно нагрітому або стисненому речовині можуть відбуватися фазові переходи в новий стан. Добре знайомим прикладом є перетворення льоду в воду і води в пар. Якщо стискати або нагрівати ядерну матерію, в ній може виникнути перехід з адронной фази в стан кварк-глюонної плазми. У цьому стані кварки і глюони виходять за межі нуклона з радіусом близько 1ФМ, утворюючи єдиний кваркової мішок макроскопічних розмірів, в обсязі якого вони можуть рухатися майже вільно (рис.1). КГП може бути створена тільки в екстремальних умовах. Такі умови були через одну мікросекунду після Великого Вибуху (висока температура Т T> 10 12 До) і, як очікується, можуть існувати в ядрах нейтронних зірок (висока щільність, в десять разів перевершує щільність ядерної речовини).
Рис.1. Фазові стану води і ядерного речовини.
У лабораторних умовах КГП може бути отримана тільки в релятивістських ядро-ядерних зіткненнях. Теоретичні оцінки показують, що при зіткненнях важких ядер з енергією більше 100 ГеВ на нуклон досягається баріонів щільність, в 2-3 рази перевищує щільність стабільної ядерної матерії. Крім того, що утворюється в області перекриття ядер, що стикаються система сильно взаємодіючих адронів, звана файерболов, існує досить довго і може досягти термодинамічної рівноваги при температурі близько 200 МеВ, що перевищує температуру фазового переходу в стан КГП. Цей гарячий і щільний файербол утворюється з нуклонів ядра-мішені і ядра-снаряда, які зазнали хоча б одне взаємодія (рис.2). Такі нуклони прийнято називати нуклонами-учасниками. Розмір файерболов, очевидно, пропорційний повного числа учасників, яке залежить від розмірів ядер, що стикаються і прицільного параметра і служить мірою центральності ядро-ядерних зіткнень. Залежно від прицільного параметра розрізняють периферичні і центральні взаємодії ядер. У центральних зіткненнях з близьким до нуля прицільним параметром утворюється файербол з максимальною щільністю енергії. Вивчення властивостей такого файерболов є одним із головних завдань сучасної фізики високих енергій.
Ріс.2.Столкновеніе двох ядер з прицільним параметромb.
Перші сигнали КГП були отримані на протонному суперсинхротроні SPS в ЦЕРНі в експериментах NA 49, NA 50 і NA 57. До найбільш переконливим сигналам теоретики відносять придушення виходу J / Ψ-мезонів і збільшення виходу дивних частинок, що і було виявлено в зіткненнях важких ядер при енергії 40-160 ГеВ на нуклон [2].
Ріс.3.Столкновеніе двох ядер свинцю при енергії 158 ГеВ на нуклон, змодельованої в рамках генератора подій (зліва) і зареєстроване в експеріментеNA 49 (c права).
Незважаючи на те, що недавні експерименти STAR і PHENIX на колайдері релятивістських важких іонів RHI З [3-4] при енергіях 60-200 A ГеВ і проводиться в даний час експеримент ALICE [5] на великому адронному колайдері LHC при енергіях 1000-6000 A ГеВ підтвердили освіту КГП в зіткненнях ядер золота і свинцю, теоретичний опис цього нового стану ядерної матерії далеко від завершення. Необхідні додаткові експериментальні дані по ядро-ядерних зіткнень в області енергій 2-10 ГеВ, де лежить межа фазового переходу ядерного речовини в стан КГП. Цей факт стимулював продовження експериментів на SPS c метою пошуку критичної точки на фазовій діаграмі такого переходу (рис.4) і вимірювання функції збудження ядерної матерії (рис.5). Це завдання буде вирішуватися колаборацією NA 61 [6]. Крім того, розпочато проподготовка нових експериментів на ускорительном комплексі FAIR [7] в Дармштадті і на базі нуклотрон Об'єднаного Інституту ядерних досліджень в Дубні (ОІЯД). В рамках проекту NICA - MPD (Nuclotron - based Ion Collider fAcility with Multi - Purpose Detector) в ОІЯД планується створення багатоцільового детектора [8], призначеного для детального вивчення фазової діаграми ядерної матерії.
Рис.4. Фазові діаграми води і ядерного речовини.
Рис.5. Криві нагрівання води і ядерного речовини.
Експериментальні установки для вивчення КГП.
У центральних зіткненнях релятивістських іонів народжується велика кількість вторинних частинок, що досягає декількох тисяч при енергії 10 ГеВ на нуклон (рис.3). У зв'язку з цим експериментальні установки, реєструючі такі події, повинні містити трекові системи, що володіють великим аксептансом і високою роздільною здатністю і швидкодією.
Ріс.6.Детекторний комплекс експеріментаALICE (зліва) і структура його внутрішнього трекера (праворуч).
Ріс.7.Детекторний комплекс експеріментаNICA -MPD (зліва) і структура його внутрішнього трекера (праворуч).
Основними трековими детекторами установки ALICE (рис.6) і NICA - MPD (рис.7) є час-проекційна камера (TPC) і внутрішній трекер (IT) на базі кремнієвих піксельних і мікростріпового детекторів, що володіють найкращим просторовим дозволом при високій швидкості рахунку подій . Колаборація NA 61 також планує створення кремнієвого вершинного трекера, що дозволить з високою ефективністю реєструвати короткоживучі продукти ядро-ядерних взаємодій. Робоча група під керівництвом Кондратьєва В.П. бере участь в розробці, моделюванні та модифікації вершинних трекових систем установок ALICE. NICA - MPD і NA 61. Точна оцінка ефективності реєстрації трекових детекторів грає ключову роль в реконструкції подій, набуваючи особливо важливе значення на етапі планування майбутніх експериментів (рис.8).
Ріс.8.Массовий спектр Λ-частинок (mΛ = 1.116 ГеВ) вAu + Au зіткненнях при енергії 7 ГеВ на нуклон, зареєстрованих трекової системою установкіNICA -MPD по зарядженим продуктам їх распадаΛ0 → p + π- (зліва) і ефективність реєстрації заряджених частинок внутрішнім трекером в залежності від їх імпульсу (праворуч).