* النكهة في فيزياء الجسيمات - الكواركات - مصادم أيونات ثقيلة - تكاثف فرميوني

النكهة في فيزياء الجسيمات
النكهة في فيزياء الجسيمات هو رقم كمي للجسيمات الأولية. فالنكهة في الديناميكا اللونية الكمومية هو تناظر كوني، لكن في التفاعل الضعيف فإن هذا التناظر ينكسر وتظهر فيها عملية تغيير النكهة.
التعريف
إذا كان هناك جزيئين أو أكثر لهما ذات التفاعلات المماثلة، فإنهما قد يتبادلان دون أي تأثير للخصائص الفيزيائية. فأي مزيج خطي (معقد) من هذين الجسيمين يعطي نفس الخصائص الفيزيائية، طالما أنهما متعامدان مع بعضهما البعض. بعبارة أخرى، فإن نظرية تملك تحولات التناظر مثل M\left({u\atop d}\right)، حيث u وd هما مجالين، وM هو أي وحدة مصفوفة 2 × 2 مع مُحدِّد الوحدة. وهذا مثال على تناظر النكهة.
أول ظهور لمصطلح النكهة وأصيغ للاستخدام في نموذج الكوارك للهادرون كان سنة 1968.
نكهات أعداد الكم
ليبتونات
جميع الليبتونات لديها عدد ليبتون L=1. بالإضافة إلى أن الليبتونات تحمل لف نظائري ضعيف، T_{3}، وهو -\frac12 لليبتونات الثلاث ذات الشحنة (أي إلكترون وميون وتاوون) و +\frac12 للنيترينوات الثلاثة المرتبطة. يقال عن كل زوج صنو من اللبتونات والنيترونو الذي يحتوي على T_{3} متعاكس بأنه منشئ جيل من اللبتونات. بالإضافة إلى أنه تسمى احدى تعريفات العدد الكمي بشحنة مفرطة ضعيفة Y_{W}، وهي -1 لجميع لبتونات جهة اليسار[1]. فكلا من اللف النظائري الضعيف والشحنة المفرطة الضعيفة محددة القياس في النموذج القياسي.
قد تعين اللبتونات العدد الكمي للنكهات الست: عدد الإلكترون، عدد الميون، عدد التاوون، والأرقام المطابقة لها في النيوترينو. وهي محفوظة ولا تتغير في التفاعلات الكهرومغناطيسة، ولكنها منتهكة في التفاعلات الضعيفة. لذا فعدد الكم لمثل «النكهة» ليست ذات أهمية كبيرة. فأهميته تكون أكثر عند كل جيل: فالعدد الإلكتروني (+1 للإلكترونات والكترونات النيوترينو)، والعدد الميوني (+1 للميون والميون النيوترينو)، وأيضا العدد التاوني (+1 للتاون والتاون النيوترينو). مع ذلك لايمكن الحفاظ على تلك الأرقام بشكل تام، حيث أن النيوترينو قد يختلط مع نفسه في الأجيال المختلفة: لذا فإن النيوترينو لنكهة ما قد يتحول إلى نكهة أخرى. فالذي يحدد قوة الاختلاط هي مصفوفة تسمى مصفوفة بي أم أن أس PMNS matrix.

الكواركات
جميع الكواركات لديها رقم باريون B=\frac13. بالإضافة إلى حملها اللف النظائري الضعيف T_{3}=\pm\frac12. وتسمى الكواركات الموجبة T_{3} بمجموعة الكواركات العلوية (وهي الكواركات العلوية والساحرة والقمية)، أما الكواركات السالبة T_{3} فتسمى بمجموعة الكواركات السفلية (وهي الكواركات السفلية والغريبة والقعرية). وكل ند من مجموعة الكوارك العلوية والسفلية تنشيء معا جيل من الكواركات.
لدى الكواركات نكهات الأرقام الكمية التالية:
لف نظائري والذي لديها قيمة I_{3}=+\frac12 للكوارك العلوي وقيمة I_{3}=-\frac12 للكوارك السفلي.
الغرابة (S): عدد كمي عرفه موري جيلمان. فالكوارك الغريب يعرف بأن لديه غرابة -1.
السحر (C): ويعادل هذا العدد +1 للكوارك الساحر.
القعرية (B): عدد كمي يساوي -1 لكوارك القعر.
القمية (T): وهو عدد كمي يعادل +1 لكوارك القمة.
هذه هي أرقام الكم المفيدة لأن التفاعلات الكهرومغناطيسية والقوية تحفظها (ولكن ليس التفاعل الضعيف). أما غيرها فيمكن أن يبنى على أرقام الكم المعطاة:
شحنة مفرطة (Y): ‏Y=B+S+C+B'+T
شحنة كهربائية: Q =I_{3}+\frac12Y (انظر معادلة جيلمان-نشيجيما)
كوارك النكهة المعطاة هو قيمة ذاتية من التفاعل الضعيف الذي هو جزء من هاملتونيات: وهي تتفاعل بشكل واضح مع البوزونات W و Z.
ومن جانب آخر، يكون فرميون الكتلة الثابتة (القيمة الذاتية للحركة والتفاعل القوي هو جزء من الهاملتونيات) عادة من تراكب مختلف النكهات. ونتيجة لذلك فقد يتغير محتوى نكهة الحالة الكمية حسب انتشارها الحر. التحول من نكهة إلى قاعدة الكواركات الشاملة تكون معطاة مما يسمى مصفوفة سي كي أم (بالإنجليزية: CKM matrix). تلك المصفوفة هي نظيرة لمصفوفة أم أن اس (بالإنجليزية: MNS matrix) للكواركات، ويحدد قوام تغييرات النكهة بموجب التفاعلات الضعيفة من الكواركات.
تسمح مصفوفة سي كي ام لخرق تناظر الشحنة السوية إن كان هناك هناك ثلاثة أجيال على الأقل.

الهادرونات وضديد الجسيمات
نكهة أعداد الكم هي إضافية. لذلك فمضاد الجسيمات له نكهة مساوية في المقدار عند الجسيمات ومعاكس له بالرمز. وترث الهادرونات نكهة عدد الكم من كوارك التكافؤ: فهذا هو أساس التصنيف عند نموذج الكوارك. فالعلاقات ما بين الشحنة المفرطة والشحنة الكهربائية ونكهات أعداد الكم الأخرى للهادرونات هي نفسها كما في الكواركات.

ديناميكا لونية كمومية
يحتوي ديناميكا لونية كمومية على ست نكهات ولكنها مختلفة الكتل، لذا فإنها ليست حصرا للتبادل مع بعضها البعض. فالنكهة العلوية تتساوي تقريبا في الكتلة مع السفلية، والنظرية لكلا الكواركين تستحوذ على اللف النظائري. ففي بعض الحالات بإمكان أن يأخذ أحدهما نكهة N_\mathrm{f} للحصول على نفس الكتلة ولجلب تناظر نكهة \mathrm{SU} ‏(N_\mathrm{f}).
يمكن اهمال كتل الكواركات عند ظروف معينة تماما.ففي تلك الحالة يمتلك كل نكهة كوارك تناظر متطابق. ثم يمكن لأي منها أن يحول النكهة بشكل منفصل من على يسار ويمين أجزاء مجال الكوارك. فمجموعة النكهة هي مجموعة الانطباق\mathrm{{SU}_L} \left(N_\mathrm{f} \right) \times \mathrm{{SU}_R} \left(N_\mathrm{f} \right).
فإن كانت جميع الكواركات متساوية بالكتلة فإن تناظر الانطباق (بالإنجليزية: chiral symmetry) سيكسر إلى تناظر موجه لمجموعة نكهة قطرية والذي ينطبق عليه نفس التحول إلى كلا لولبية الكواركات. ويطلق على تقليل التماثل هذا اسم "كسر التماثل البيِّن". وتتحكم كتلة الكوارك الجاري بكمية كسر التماثل البين في الديناميكا اللونية الكمومية.
حتى وإن كان االكوارك عديم الوزن، فإن تناظر نكهة الانطباق ستنكسر بشكل تلقائي إذا كان الفراغ نظريا يحتوي على مكثفات انطباقية (كما هو معمول به في الديناميكا اللونية الكمومية للطاقة المنخفضة). وهذ يرفع بشكل مؤثر في كتلة الكوارك، وتعرف عادة بكتلة كوارك التكافؤ في الديناميكا اللونية الكمومية.

التناظرات في الديناميكا اللونية الكمومية
أثبتت تحاليل التجارب على أن كتل كوارك الجاري لنكهات الكواركات الأخف وزنا هي أقل من مؤشر الديناميكا اللونية الكمومية \Lambda_{QCD}، ومن ثم فإن تناظر نكهة الانطباق هو مقارب جيد للديناميكا اللونية الكمومية للكواركات العلوية والسفلية والغريبة. فنجاح نظرية اضطراب الانطباق وحتى النظرية الأبسط وهي نموذج الانطباق تنبثق من تلك الحقيقة. فكتل الكوارك المكافئ المستخرجة من نموذج الكوارك هي أضخم من كتلة الكوارك الجاري. وهذا يدل بأن الديناميكا اللونية لها كسر تناظر انطباقي تلقائي مع تشكيل لمكثف انطباقي.

قوانين الحفظ
نكهات أرقام الكم المحفوظة بالكامل هي:
الشحنة الكهربائية (Q)
رقم باريون (B)
رقم لبتون (L)
عند بعض النظريات، تنتهك المحافظة على خصوصية عدد الباريون واللبتون، إذا كان الفرق بينهما (B-L) محفوظا، أما باقي نكهات الأرقام الكمي فهي منتهكة عن طريق تفاعلات القوة النووية الضعيفة. أما التآثر القوي فيحفظ جميع النكهات.
تاريخ[عدل]
توجد بعض الأحداث التاريخية والتي قادت إلى تطوير تناظر النكهة في مقال لف نظائري

الموصلية الفائقة في الفيزياء
الموصلية الفائقة في الفيزياء هي ظاهرة تحدث في بعض المواد عند تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة جدا تقترب من الصفر المطلق (صفر كلفن) ، حيث تسمح الموصلات الفائقة بمرور الكهرباء خلالها دون أي مقاومة كهربية تقريباً.
عادة تنخفض المقاومة الكهربية للموصلات المعدنية تدريجيا مع انخفاض درجة الحرارة، وفي حالة الموصلات العادية كالنحاس أو الفضة فإن الشوائب الموجودة في المادة تمنع الوصول إلى حد أدنى من المقاومة في درجات الحرارة المنخفضة. ولذلك فعند الاقتراب إلى درجة حرارة تقارب درجة الصفر المطلق فإن عينة من النحاس مثلا لا يمكن أن توصل لدرجة ممانعة (مقاومة) تساوي الصفر. أما في حالة الموصلات الفائقة فإن الممانعة تنخفض على نحو مفاجئ إلى الصفر عندما يتم تبريد المادة إلى درجة حرارة أقل من الدرجة الحرجة لهذه المادة، غالبا 20 كلفن أو أقل.
ففي حالة التوصيل المطلق يمكن لتيار كهربائي يمر في حلقة من مادة فائقة التوصيل أن يستمر في السريان إلى وقت غير محدود وبدون وجود مصدر للطاقة بعد إعطاء الدفعة الأولى. وظاهرة التوصيل الفائق ظاهرة تفسرها ميكانيكا الكم، ولا يمكن فهمها على أساس أنها تجسيد لظاهرة الموصل المثالي ضمن إطار الميكانيكا الكلاسيكية.
وتحدث حالة التوصيل الفائق في تشكيلة واسعة من المواد مثل: المعادن الخفيفة كالقصدير والألمنيوم، والسيراميك والسبائك الثقيلة، وبعض أشباه الموصلات، ولكن لا يمكن صنع موصلات فائقة من المعادن النبيلة كالذهب والفضة، ولا من المعادن ذات مغناطيسية حديدية.
التطبيقات[عدل]
تعد المغنطيسات فائقة التوصيل من أقوى المغنطيسات الكهربية المعروفة، وهي تستخدم في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي الطبية ، وفى القياس بواسطة مطياف الكتلة ، ومغناطيسات توجيه حزم الجسيمات المشحونة معجلات الجسيمات مثل معجل LHC التي تديره المنظمة الأوروبية للبحث النووي سيرن. كما يمكن استخدامها أيضا في الفصل المغناطيسى ، حيث يتم استخلاص الجزيئات ضعيفة المغنطة من مخلوط جزيئات أقل مغنطة أو عديمة المغنطة كما في صناعة الدهانات.
تستخدمت الموصلات الفائقة أيضاً في صنع الدوائر الرقمية مثلاً بناء على تقنية الفيض الكمى المفرد السريع ومرشحات ترددات الراديو لمحطات الهواتف المحمولة والميكروويف. تستخدم الموصلات الفائقة في صنع ملتقيات "Josephson junctions" ،التي تعتبر لبنات صنع "SQUIDs"، وهو أكثر مقاييس المغنطيسية حساسية على الإطلاق. وتستخدم أجهزة "SQUIDs" في المجهر الإلكترونى الماسح. كما يستخدم عدد من ملتقيات " Josephson junctions" المتصلة على التوالى لتعريف وحدة قياس الجهد الكهربى (الفولت). وحسب طريقة التشغيل يمكن استخدام ملتقى " Josephson junctions" ككاشف للفوتونات أو كخلاط لها. كما أن التغير الكبير في المقاومة الحادث عند الانتقال من الحالة العادية إلى حالة التوصيل الفائق يستخدم في صنع موازين الحرارة [الترمومترات] في كواشف الفوتونات التجميدية. وهناك أسواق أخرى تنشأ تتغلب فيها الكفاءة النسبية وميزة الحجم والوزن التي تتمتع بها الأجهزة القائمة على التوصيل الفائق عالي الحرارة على اعتبارات التكلفة الإضافية. ومن التطبيقات المستقبلية الواعدة أيضا نقل الطاقة الكهربية في الشبكات الذكية، والمحولات الكهربية، وأجهزة تخزين الطاقة، والمحركات الكهربية (في دفع المركبات كما في قطارات الخلخلة أو قطارات الاسترفاع المغنطيسى مثلا) وأجهزة الاسترفاع المغنطيسى، والمواد النانومجهرية مثل: أنابيب النانو، والمواد المركبة، والتبريد المغنطيسى فائق التوصيل. غير أن التوصيل الفائق حساس للحقول المغنطيسية المتحركة، وهكذا فإن التطبيقات التي تستخدم التيار المتردد (مثل المحولات) ستصبح أشد صعوبة في تطويرها عن تلك التي تعتمد التيار المستمر. لكن العثور على موصل فائق في درجة حرارة الغرفة يتمتع بكفاءة التكاليف هو حلم راود علماء التوصيل الفائق طوال أجيال. فإذا أمكن التوصل إلى مواد كهذه في المستقبل، ستكون النتيجة ثورة في فهمنا واستخدامنا لكل ما هو كهربى تقريباً.
أنواع الموصلات الفائقة[عدل]
تقسم الموصلات الفائقة حسب درجة حرارتها الحرجة إلى:
المواد فائقة التوصيل منخفضة الحرارة (Low temperature superconductor) واختصارا (LTC) وتسمى أيضا المواد فائقة التوصيل التقليدية مثل الزئبق وتمتاز بانخفاض درجة حرارتها الحرجة.
المواد فائقة التوصيل عالية الحرارة (High temperature superconductor) واختصارا (HTC) وتمتاز بارتفاع درجة حرارتها الحرجة.
وتقسم المواد الفائقة التوصيل حسب مجالها الحرج إلى:
موصل فائق من النوع الأول (Type I): من خصائص هذا النوع أنه عندما تتجاوز قيمة المجال المسلط المجال الحرج فإن الموصل يتحول كليا إلى الحالة الاعتيادية وتصبح قيمة العزم المغناطيسي صفراً وبهذا يتمكن المجال الخارجي من اختراق الموصل بصورة كلية.
موصل فائق من النوع الثاني (Type II): يتميز بوجود قيمتان للمجال الحرج، القيمة الأولى وهي أقل قيمة لنرمز لها B¹، والقيمة الثانية وهي أعلى قيمة ونرمز لها B². فاذا تجاوزت قيمة المجال المسلط B¹ ولم تتجاوز B² سيكون الاختراق جزئي للموصل ولن يتحول الموصل إلى الحالة الاعتيادية بل سيصل إلى حالة جديدة تسمى الحالة المختلطة، أما إذا تجاوزت قيمة المجال المسلط القيمة B² فسيتحول الموصل إلى الحالة الاعتيادية لأن المجال سيخترقه بصورة كلية.

مصادم أيونات ثقيلة
مصادم أيونات ثقيلة بسرعات النسبية في الفيزياء النووية (بالإنجليزية: Relativistic Heavy Ion Collider أو مختصرا RHIC ) هو معجل جسيمات في هيئة دائرة يقوم بتسريع الأيونات الثقيلة إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء في اتجاهين متضادين ثم يدعها تتصادم ببعضها البعض ، ويقوم العلماء بدراسة جسيمات جديدة تنشأ عن ذلك . هذا يعطينا معلومات عن تركيب الجسيمات الأولية التي تتكون منها الذرات وتتكون منها جميع العناصر المختلفة . كما يقوم العلماء بدراسة القوى المؤثرة بين الجسيمات وعلاقاتها ببعضها البعض. أنشيء "مصادم الأيونات الثقيلة بسرعات النسبية" في مختبر بروكهافن الوطني بالولايات المتحدة الأمريكية ، في مدينة ابتون على جزيرة لونغ آيلاند.
معنى "سرعات النسبية" relativistic velosities هو سرعات عالية جدا جدا تقترب من سرعة الضوء (300.000 كيلومتر في الثانية) ، تجعل تصرف حركة الجسيمات مسايرة لأساسيات النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين. مع عدم الخلط بين سرعات النسبية التي نتعامل معها هنا وسرعة نسبية : فالسرعة النسبية تعني السرعة النسبية التي يتحرك بها قطار "بالنسبة" إلى سيارة تسير في اتجاه ما ، أو سرعة راكب داخل القطار بالنسبة إلى سرعة القطار ، وهذه كلها سرعات أقل بكثير جدا من سرعة الضوء ، التي هي أعلى سرعة في الكون وتتحرك بها موجات الضوء والإشارات الاسلكية و الأشعة الكهرومغناطيسية بوجه عام .
يستخدم مصادم الايونات الثقيلة بسرعات النسبية في أبحاث بلازما الكوارك والجلوون وفي دراسة تركيب العزم المغزلي (سبن) للبروتون. بني المصادم لإنتاج وتسريع البروتونات إلى طاقة تصل إلى 200 جيجا إلكترون فولط ( ثم عليت طاقته لتصل 500 جيجا إلكترون فولط) ، كما يمكنه إنتاج فيض من أنوية الذرات الثقيلة مثل ديوتريوم حتى أنوية ذرات الذهب ، وأنوية الذهب هي الأيونات الثقيلة المعنية هنا . يقوم المصادم بتسريع أزواج الأيونات الثقيلة حتى طاقة 200 جيجا إلكترون فولط في اتجاهين متضادين ثم يدعهم يتصادمون . فهو يتكون من دائرتين للتسريع محيط كل منهما نحو 3830 متر وتتقاطع الدائرتان عند ستة نقاط . في تلك النقاط تحدث تصادمات الأيونات الثقيلة السريعة ببعضها البعض ، وتحيط بكل نقطة أجهزة قياس علمية لقياس نواتج التصادم وسرعاتها . وقد كان أول تصادم للأيونات في عام 2000 .
في عام 2011 تم اكتشاف أثقل مادة مضادة اكتشفت حتى ذلك الحين وهي نواة مضاد الهيليوم-4 واجريت عليها عدة تجارب. [1].
بنيت على مصادم الأيونات الثقيلة بسرعات النسبية تجربتين كبيرتين:

فينيكس PHENIX وهي تجربة خاصة بدراسة التفاعلات النووية في الطاقات العالية ،
تجربة "ستار" وهذا الاسم اختصار لـ Solenoidal Tracker at RHIC ، أي لولب مغناطيسي للقياس على مصادم الأيونات الثقيلة ذات سرعات النسبية .
كما أجريت خلال السنوات الأولى بعد الإنشاء بعض التجارب الصغيرة المتعلقة بالتصادمات ، منها:
فوبوس PHOBOS ,
برامز BRAHMS
و pp2pp.
ليس هذا المصادم هو الوحيد وإنما يوجد في أوروبا مصادم الهادرونات الكبير الذي أنشيء على الحدود بين فرنسا و سويسرا بالقرب من جنيف واستغرق بناؤه عشرة أعوام وبدأ العمل في عام 2011. كما توجد معجلات أخرى كبيرة في روسيا وأمريكا وغيرها.
المستقبل
عمل مصادم الأيونات الثقيلة بسرعات النسبية بين عامي 2000 إلى 2010 وكان أكبر معجل للجسيمات الثقيلة في العالم . ثم بني في أوروبا مصادم الهادرونات الكبير بالقرب من جنيف على الحدود الفرنسية السويسرية وهو خاص بتصادم البروتونات ، ويعمل في إطار إنتاج واختبارات الأيونات الثقيلة لمدة شهر كل عام . سوف يستطيع مصادم الهادرونات الكبير LHC العمل بطاقات أعلى 28 مرة من مصادم الأيونات الثقيلة بسرعات النسبية ، مع أنه يعمل الآن بنحو نصف تلك الطاقة . وحاليا بتاريخ 2012 فكلا المصادمان هما أكبر المصادمات العاملة في العالم .
يشتغل مصادم الأيونات الثقيلة بسرعات النسبية لفترات أطول في العام وتدرس عليه أعدادا كبيرة من تصادمات أنواع مختلفة من العناصر وبطاقات مختلفة . وكان من المزمع تعديل بنية RHIC إلى eRHIC : أي تحويله إلى معجل للإلكترونات/و البوزيترونات إلى سرعات 10 جيجا إلكترون فولط (10 مليار إلكترون فولط) ، مما يتيح إجراء البحوث على تصادم الإلكترونات بأيونات الذرات . ويحتاج المختبر لبناء مكشاف جديد كبير لتسجيل تلك القياسات

مادة كوارك في الفيزياء النووية
مادة كوارك في الفيزياء النووية، ديناميكا لونية كمومية (بالإنجليزية : Quark matter أو QCD matter) هي أي طور من عدة اطوار للمادة تعامل نظريا طبقا للميكانيكا اللونية الكمومية ويكون لها درجات حرية تحوي كواركات وجلوونات. تلك الأطوار النظرية قد تنشأ في درجات حرارة وكثافة عالية جدا، تقدر بمليار مرة أعلى مما نصل إليه في المختبرات.
في تلك الظروف الصعبة من ارتفاعل شديد لدرجة الحرارة والكثافة تتغير البناية المعهودة للمادة وتحيث تكون المكونات الرئيسية من نواة الذرة (وهي نوكليونات التي تتكون هي الأخرى من كواركات مترابطة) والإلكترونات تغيرا كبيرا. وبالنسبة إلى مادة الكوارك فمن الأسلم معالجة الكواركات كأنها أساس درجات حرية.
وفي نظرية النموذج العياري لفيزياء الجسيمات فإن أقو قوة هي التآثر القوي والتي توصف بنظرية الديناميكا اللونية الكمومية quantum chromodynamics. وعند درجات الحرارة العادية أو الكثافة العادية فإن تلك القوة تجمع الكواركات في جسيمات مركبة (الهادرونات) التي تبلغ مقاييسها نحو 10−15 متر = 1 فمتومتر = 1 fm (تعادل طاقة ΛQCD ≈ 200 مليون إلكترون فولت) ولا يظهر لها تآثير عند مسافات أكبر.
ولكن عندما ترتفع درجة الحرارة إلى حيز طاقة الميكانيكا اللونية الكمومية (T نحو 1012 كلفن,) أو ترتفع الكثافة إلى النقطة حيث تكون المسافة بين الكواركات أقل من 1 فيمتون (الجهد الكيميائي للكوارك يصل إلى 400 ميجا إلكترون فولت) فتنصهر الهادرونات إلى مكوناتها من الكواركات، ويصبح التآثر القوي هو القوة المغالبة في الفيزياء. تلك الأطوار تسمى مادة كوارك أو مادة ميكانيكا لونية كمومية.

وجودها
وجودها الطبيعي
عند نشأة الكون عندما كانت درجة الحرارة فائقة طبقا لنظرية الانفجار العظيم عندما كانت عمر الكون عدة ميكروثانية فقط، عندها اتخذ طور المادة هيئة طزر ساخن من مادة الكوارك تسمى بلازما كوارك جلوون.
الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية من النجوم الشديدة الكثافة. وتقل درجة حرارة النجم التيوتروني عن 1012 كلفن, ولكنه منضغط بفعل كتلته إلى كثافة قد تصل إلى كثافة مادة الكوارك في قلبه. وتتكون النجوم الفائقة الكثافة من مادة الكوارك إما كاملا أو جزئيا وتسمى نجم كواركات أو نجوم غريبة، وحتى الآن فلم يكتشف نجم له هذه الخواص.
غريبات وتلك هي بحسب الافتراض النظري كتل من مادة غريبة تحوي اعدادا متساوية من الكواركات العلوية والسفلية والكواركات الغريبة.
صدمات أشعة كونية. تحوي الأشعة الكونية أنوية ذرية ذات طاقة حركة عالية ومن ضمنها أنوية الحديد. وتوحي بعض القياسات المعملية أن تفاعلات مع غازات خاملة في طبقات الجو العليا قد ينتج عنها بلازما كوارك جلوون.

في التجارب المعملية
في تصادم الأيونات الثقيلة عند طاقات عالية تستطيع أنتاج حيوز قصيرة العمر تكون فيها الكثافة إلى قيم مقاربة لما حدث أثناء نشأة الكون عندما كان الكون عمره 20 ميكروثانية. وقد توصل الفيزيائيون إلى ذلك خلال تصادم الأيونات الثقيلة عند سرعات بالغة السرعة، وأول أعلان عن تكوين بلازما كوارك وجلوون في معجل سينكروترون بروتونات فائق الموجود في سيرن، وكان ذلك في فبراير 2000.[1].
وقد استمر اجراء تلك التجربة عند تسريع للبروتونات أكبر مثل لمصادم الأيونات الثقيلة فائقة السرعة RHIC التابع للمعمل الوطني بروكهافن في الولايات المتحدة الأمريكية ، كذلك في مصادم الهدرونات الكبير الموجود على الحدود السويسرية الفرنسية. وتوجد مؤشرات على نجاح إنتاج بلازما كوارك وجلوون في مصادم الأيونات الثقيلة فائقة السرعة.

تحديات تجريبية
من الصعب حاليا معرفة تطور الأطوار لمادة الكوارك بسبب عدم التوصل إلى توليف درجات الحرارة العالية والكثافة العالية للمادة في معمل يستخدم مصادم للأيونات الثقيلة فائقة السرعة إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء. ولكن تلك التصادمات هي التي ستعطينا المعلومات عن التحول من مادة الهدرونات إلى مادة الكوارك. ويفكر الفيزيائيون أن رصد النجوم فائقة الكثافة ربما تكون وسيلة للتوصل غلى مهرفة تلك الأحوال الفائقة الحرارة والكثافة. وتقدم نماذج تبريد تلك النجوم، وتغير عزمها المغزلي، ودوران محورها ذاته إمكانيات للحصول على معلومات عن خصائص تلك النجوم وما في باطنها. وبتطور الرصد الفلكي وتحسن طرق القياس يأمل الفيزيائيون في الحصول على معرفة على هذا السبيل.

بلازما كوارك
بلازما كوارك-غلوونية (بالإنجليزية: quark–gluon plasma) أو حساء الكوارك (بالإنجليزية: Quark Soup)[1] هي طور في الديناميكا اللونية الكميّة يُفترض وجوده في درجة حرارة أو كثافة أو درجة حرارة وكثافة مرتفعين للغاية. ويعتقد أن هذا الطور يتألف من الكواركات والغلوونات، اللتان هما من اللبنات الأساسية للمادة، كما يعتقد أنه بعد أجزاء من الألف من الثانية بعد الانفجار العظيم، كان الكون في حالة بلازما كوارك-غلوونية.

تكاثف فرميوني
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
تكاثف فرميونات في الفيزياء (بالإنجليزية : Fermion Condensat ) هي حالة تكثف فرميونات مكونة سائل ذو ميوعة فائقة ، ويحدث ذلك بالقرب من درجة حرارة الصفر المطلق. وتشابه تلك الظاهرة ظاهرة تكاثف بوز-أينشتاين اللبوزونات من حيث تطابق الدوال الموجية للفرميونات ، فتكتسب حالة كمومية واحدة (جماعية) . وقد تنبأت إحدى صيغ ألبرت أينشتاين التي كتبها عام 1925 بهذه الظاهرة.
لا تتطابق حالات الفرميونات عادة إلا في حالة الانفطار التي تحدث للعزم المغزلي . ويمكن التوصل إلى ذلك عن طريق اتحاد فرميونين لكل منهما عزم مغزلي 1/2 فينتجان بوزون ذو عزم مغزلي 1 ، ثم تتطابق البوزونات المتكونة في تكاثف بوز-أينشتاين . يتبع تكاثف الفرميونات إحصاء فيرمي-ديراك بينما يتبع تكاثف البوزونات (تكاثف بوز-أينشتاين ) إحصاء بوز-أينشتاين. في كلتا الحالتين نحصل على سائل له خواص غريبة قرب الصفر المطلق.
تلك الحالة يمكن حدوثها لارتباط كل فرميونين لتكوين جزيئات تسلك مسلك بوزونات . وقد تمكن فريقين من العلماء عام 2003 من تحضير تكاثف بوز-أينشتاين ، في نفس الوقت وبدون علم الفريق الآخر من جامعة أنسبروك بالنمسا وهي تعمل تحت رعاية الفيزيائي "رودولف جريم" و المجموعة الثانية وتعمل تحت رعاية "ديبورا جين" بالمعهد الوطني للمقاييس و التقنية ب الولايات المتحدة .
وبعكس إمكانية تكون جزيئات من فرميونات فمن الممكن أيضا أن يتفاعل فرميونين بينهما مسافة كبيرة (نسبيا) بطريقة تفاعل الإلكترونات وتكوين ما يسمى زوج كوبر في مادة توصيل فائق . بدأت تلك البحوث عام 2004 حيث استخدم غازا من ذرات البوتاسيوم المبردة تبريدا قرب الصفر المطلق ، وهذا ما قامت به مجموعة العلماء العاملة مع ديبورا جين .
ويمكن الحصول على هذه الظاهرة في ظاهرة الميوعة الفائقة التي تحدث لنظير الهيليوم ، الهيليوم-3 .
تشاهد تلك الظواهر عند درجات حرارة منخفضة جدا بالقرب من الصفر المطلق.