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【夸克有物质状态吗】我们常见的物质状态有三种：固态、液态和气态 ， 它们是相同元素或分子根据其化学键的强度占据的不同状态 。 固体中的强键使材料保持刚性 ， 但加热后这些键会断裂并留下较弱的键 ， 使粒子之间可以彼此流动 ， 这就是液体 。 进一步加热它 ， 弱键断裂 ， 粒子在空间自由飞行 。 瞧 ， 这是一种气体 。
你们中的一些人可能还知道 ， 如果我们继续升温 ， 电子从原子中分离出来 ， 在此过程中破坏所有分子键并产生等离子体 。 于是 ， 我们似乎得出结论 ， 物质状态只是原子可以处于的不同状态 。 但是等等 ， 质子和中子内部的夸克是“物质” ， 那它们是什么状态？它是否取决于它们所属的原子的物质状态？
相图要回答这些问题 ， 我们最好弄清楚物质的状态是什么 。 如果要根据在学校学到的物质状态（固态、液态、气态和等离子）来进行推理 ， 那么一个简单的模式是显而易见的 。 温度的变化会导致状态或相的变化 ， 相变发生在材料特定的温度和压力下 。 考虑物质相与温度和压力的二维关系 ， 并把它制成图 ， 我们称之为相图 。
相图向我们表明 ， 物态远比固体、液体、气体要复杂得多 。 一方面 ， 物质存在秘密的隐藏状态 。 例如 ， 在高于临界点的温度和压力下 ， 气体和液体之间的界限变得模糊 ， 我们拥有一种具有两者特性的超临界流体 。
夸克-胶子如果我们继续提高等离子体的温度会发生什么？等离子体仍然由复合粒子组成：电子和原子核 。 就像我们在制造等离子体时撕裂原子一样 ， 如果我们将温度提高到足够高 ， 我们就可以撕裂核子 。 我们将需要大约7万亿开尔文的高温 ， 这就是所谓的哈格多恩温度 ， 因为核子的结合能极高 。
当我们达到该温度时 ， 夸克从核子中剥离出来 ， 产生夸克-胶子等离子体 ， 这是我们能得到的下一个状态 。 胶子和夸克之间的相互作用仍然很重要 ， 因此夸克-胶子等离子体的行为更像是一种液体 。 我们经常在粒子加速器中制造这种东西 ， 但数量非常少 。 然而 ， 在非常早期的宇宙中 ， 一切都是夸克-胶子等离子体 ， 在大质量中子星的核心中也可能如此 。
如果夸克胶子等离子体是液体状的 ， 这是否意味着它可以冻结？是的 ， 而且它的冷冻形式是一个核子 ， 更一般地说是强子：质子、中子还有各种夸克组合 。 强子实际上是夸克-胶子等离子体的“晶体” ， 它是“固体”形式的物质 。
夸克相图对于量子色动力学来说 ， 夸克物质又被QCD物质 ， 它是夸克和胶子相互作用的物理学 。 夸克物质有它自己的物质状态 ， 让我们看看它的相图 。 请注意 ， 它的相图和上述所提到的相图有所不同 ， 压力被重子化学势所取代 ， 它表明夸克可以吸收或发射多少能量 。
在相图的上方 ， 夸克-胶子等离子体实际上是原子物质中气体的类比 ， 即使它的行为更具流动性 。 在相图的左下角 ， 强子是所谓的“固体” 。 如果在这张图上向右移动 ， 我们就钻入中子星 。 首先 ， 各个夸克“晶体”融合在一起 ， 形成一种所谓的中子流体 ， 然后中子溶解 ， 我们最终得到了非常奇怪的液态夸克物质形式 。
其他我们最熟悉的物质状态可以解释为粒子在经典力下的相互作用 。 但是一旦你把量子力学带入 ， 许多奇怪的物质状态就成为可能 。 例如 ， 在玻色-爱因斯坦凝聚体等简并物质中 ， 所有量子态都被占据 ， 从而导致一些令人惊讶且有用的涌现特性 ， 如超导性和超流性 。
时间晶体是最新的 ， 也许是最奇怪的物质量子态 。 这些是纠缠粒子的配置 ， 即使它们没有能量 ， 它们也会在状态之间振荡 。 在常规热力学中 ， 最低能量对应于绝对零温度 ， 这反过来意味着粒子的零运动 。 时间晶体的最低能量状态涉及实际运动 ， 这使得它们在热力学上与其他物质状态不同 ， 因此它们有资格作为自己的物质状态 。
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