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？

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。

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。