สสารควาร์กหรือสสาร QCDหมายถึงสสารที่ควบคุมโดยควอนตัมโครโมไดนามิกส์และเกี่ยวข้องกับควาร์กและกลูออน ที่อุณหภูมิและความหนาแน่นต่างกัน สสารควาร์กจะมีรูปแบบที่แตกต่างกัน รวมถึงก๊าซแฮดรอนสสารนิวเคลียร์พลาสมาควาร์ก-กลูออนและบริเวณของ สภาพ นำยิ่งยวดสี^{[ 1 ]}

ควาร์กจะถูกปลดปล่อยออกมาเป็นสสารควาร์กที่อุณหภูมิและ/หรือความหนาแน่นสูงมาก และบางส่วนยังคงเป็นเพียงทฤษฎีเท่านั้น เนื่องจากต้องใช้เงื่อนไขที่รุนแรงมากจนไม่สามารถผลิตได้ในห้องปฏิบัติการใดๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะสมดุล ภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรงเหล่านี้ โครงสร้างของสสาร ที่เราคุ้นเคย ซึ่งส่วนประกอบพื้นฐานคือนิวเคลียส (ประกอบด้วยนิวคลีออนซึ่งเป็นสถานะผูกพันของควาร์ก) และอิเล็กตรอน จะถูกทำลาย ในสสารควาร์กนั้น การพิจารณาควาร์กเองเป็นระดับความเป็นอิสระพื้นฐานจึงเหมาะสมกว่า

ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคแรงนิวเคลียร์แบบแรง (strong force)อธิบายได้ด้วยทฤษฎีQCDที่อุณหภูมิหรือความหนาแน่นปกติ แรงนี้จะกักขังควาร์กไว้ในอนุภาคประกอบ ( แฮดรอน ) ที่มีขนาดประมาณ 10 ⁻¹⁵  เมตร = 1  เฟมโตเมตร = 1 เฟมโตเมตร (ซึ่งสอดคล้องกับระดับพลังงาน QCD Λ _QCD  ≈ 200  MeV ) และผลกระทบของมันจะไม่สังเกตเห็นได้ในระยะทางที่ไกลกว่านั้น

อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิถึงระดับพลังงาน QCD ( Tประมาณ 10¹² ^เค ลวิน ) หรือความหนาแน่นเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างควาร์กน้อยกว่า 1 เฟมโตเมตร ( ศักย์เคมี ของควาร์ก μ ประมาณ 400 MeV) แฮดรอนจะหลอมรวมเป็นควาร์กที่เป็นองค์ประกอบ และอันตรกิริยาแรงจะกลายเป็นคุณลักษณะเด่นของฟิสิกส์ เฟสดังกล่าวเรียกว่าสสารควาร์กหรือสสาร QCD

ความแข็งแกร่งของแรงสีทำให้คุณสมบัติของสสารควาร์กแตกต่างจากแก๊สหรือพลาสมา โดยนำไปสู่สถานะของสสารที่คล้ายกับของเหลวมากกว่า ที่ความหนาแน่นสูง สสารควาร์กจะเป็นของเหลวเฟอร์มิแต่คาดว่าจะแสดงคุณสมบัติการนำยิ่งยวดของสีที่ความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิต่ำกว่า^10¹² K

• ตาม ทฤษฎี บิ๊กแบงในจักรวาลยุคแรกที่มีอุณหภูมิสูงเมื่อจักรวาลมีอายุเพียงไม่กี่สิบไมโครวินาที สสารจะอยู่ในรูปแบบของสสารควาร์กเฟสร้อนที่เรียกว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออน (QGP) ^{[ 2 ]}
• ดาวขนาดกะทัดรัด ( ดาวนิวตรอน ) ดาวนิวตรอนนั้นเย็นกว่า 10 ¹² K มาก แต่การยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงได้บีบอัดให้มีความหนาแน่นสูงมาก จนเป็นไปได้ที่จะสันนิษฐานว่าอาจมีสสารควาร์กอยู่ในแกนกลาง^{[ 3 ]}ดาวขนาดกะทัดรัดในเชิงสมมติฐานที่ประกอบด้วยสสารควาร์กเป็นส่วนใหญ่หรือทั้งหมดเรียกว่าดาวควาร์กหรือดาวประหลาด
• สสาร QCD อาจมีอยู่ภายในดาวฤกษ์ที่ยุบตัวลงจากการระเบิดรังสีแกมมาซึ่งอาจก่อให้เกิดอุณหภูมิสูงถึง 6.7 × ^10¹³ K ได้

ในขณะนี้ยังไม่มีการสังเกตพบดาวฤกษ์ที่มีคุณสมบัติตามที่คาดหวังจากวัตถุเหล่านี้ แม้ว่าจะมีหลักฐานบางอย่างที่แสดงให้เห็นถึงสสารควาร์กในแกนกลางของดาวนิวตรอนขนาดใหญ่ก็ตาม^{[ 4 ]}

• สเตรนจ์เล็ตส์ สิ่งเหล่านี้คือกลุ่มของ สสารแปลกประหลาดที่คาดการณ์ไว้ในเชิงทฤษฎี (แต่ยังไม่เคยมีการสังเกต) ซึ่งประกอบด้วยควาร์กอัพ ควาร์กดาวน์ และควาร์กแปลกประหลาดในปริมาณที่เกือบเท่ากัน เชื่อกันว่าสเตรนจ์เล็ตส์มีอยู่ในฟลักซ์ของอนุภาคพลังงานสูงในกาแล็กซี และตามทฤษฎีแล้วควรจะสามารถตรวจจับได้ในรังสีคอสมิกบนโลก แต่ยังไม่มีการตรวจพบสเตรนจ์เล็ตส์อย่างแน่นอน^{[ 5 ] [ 6 ]}
• รังสีคอสมิกก่อให้เกิดผลกระทบ รังสีคอสมิกประกอบด้วยอนุภาคหลากหลายชนิด รวมถึงนิวเคลียสของอะตอมที่มีความเร่งสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งนิวเคลียสของเหล็ก

การทดลองในห้องปฏิบัติการชี้ให้เห็นว่า ปฏิสัมพันธ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้กับ นิวเคลียส ของก๊าซเฉื่อย หนัก ในชั้นบรรยากาศเบื้องบนจะนำไปสู่การก่อตัวของพลาสมาควาร์ก-กลูออน

• สสารควาร์กที่มีเลขแบริออนมากกว่าประมาณ 300 อาจมีเสถียรภาพมากกว่าสสารนิวเคลียร์ สสารแบริออนรูปแบบนี้อาจก่อตัวเป็นทวีปแห่งเสถียรภาพได้^{[ 7 ]}

แม้ว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออนจะเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและ/หรือความดันที่รุนแรงมากเท่านั้น แต่ก็มีการศึกษาอย่างจริงจังในเครื่องเร่งอนุภาคเช่น เครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่LHCที่CERNและเครื่องเร่งอนุภาคไอออนหนักเชิงสัมพัทธภาพRHICที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูคเฮเวน

ในการชนกันเหล่านี้ พลาสมาจะเกิดขึ้นเพียงช่วงเวลาสั้นๆ ก่อนที่จะสลายตัวไปเอง ลักษณะทางกายภาพของพลาสมาจะถูกศึกษาโดยการตรวจจับเศษซากที่ออกมาจากบริเวณการชนด้วยเครื่องตรวจจับอนุภาคขนาดใหญ่^{[ 8 ] [ 9 ]}

การชนกันของไอออนหนักที่พลังงานสูงมากสามารถสร้างบริเวณอวกาศขนาดเล็กที่มีอายุสั้นซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานเทียบเท่ากับเอกภพที่มีอายุ 20 ไมโครวินาทีสิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากการชนกันของนิวเคลียสหนัก เช่น นิวเคลียส ของตะกั่วที่ความเร็วสูง และมีการอ้างเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการก่อตัวของพลาสมาควาร์ก-กลู ออน จาก เครื่องเร่งอนุภาค SPSที่CERNในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2543 ^{[ 10 ]}

งานวิจัยนี้ได้รับการดำเนินการต่อที่เครื่องเร่งอนุภาคที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น RHIC ในสหรัฐอเมริกา และตั้งแต่ปี 2010 ที่ LHC ของยุโรปที่ CERN ซึ่งตั้งอยู่ในพื้นที่ชายแดนระหว่างสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศส มีหลักฐานที่ดีว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออนก็ได้รับการผลิตที่ RHIC เช่นกัน^{[ 11 ]}

บริบทสำหรับการทำความเข้าใจอุณหพลศาสตร์ของสสารควาร์กคือแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค ซึ่งประกอบด้วยควา ร์กหก ชนิด ที่แตกต่างกัน รวมถึงเลปตอนเช่นอิเล็กตรอนและนิวตริโน อนุภาคเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันผ่านอันตรกิริยาแบบแรง อันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยาแบบอ่อนซึ่งทำให้ควาร์กชนิดหนึ่งเปลี่ยนไปเป็นอีกชนิดหนึ่งได้ อันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ส่วนอันตรกิริยาแบบแรงเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่มีประจุ สี

การพิจารณาสสารควาร์กอย่างถูกต้องตามหลักเทอร์โมไดนามิกนั้นขึ้นอยู่กับบริบททางฟิสิกส์ สำหรับปริมาณมากที่คงอยู่เป็นเวลานาน (ขีดจำกัดทางเทอร์โมไดนามิก) เราต้องคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าประจุที่อนุรักษ์ไว้ในแบบจำลองมาตรฐานมีเพียงจำนวนควาร์ก (เทียบเท่ากับ จำนวน แบริออน ) ประจุไฟฟ้า ประจุสีทั้งแปด และจำนวนเลปตอน เท่านั้น แต่ละค่าเหล่านี้สามารถมีศักยภาพทางเคมีที่เกี่ยวข้องได้ อย่างไรก็ตาม สสารปริมาณมากต้องเป็นกลางทางไฟฟ้าและสี ซึ่งเป็นตัวกำหนดศักยภาพทางเคมีของประจุไฟฟ้าและประจุสี สิ่งนี้ทำให้เกิด ปริภูมิเฟสสามมิติซึ่งกำหนดพารามิเตอร์โดยศักยภาพทางเคมีของควาร์ก ศักยภาพทางเคมีของเลปตอน และอุณหภูมิ

ในดาวฤกษ์ขนาดกะทัดรัด สสารควาร์กจะกินพื้นที่ประมาณลูกบาศก์กิโลเมตรและคงอยู่ได้นานหลายล้านปี ดังนั้นขีดจำกัดทางเทอร์โมไดนามิกจึงเหมาะสม อย่างไรก็ตาม นิวตริโนจะหลุดออกไป ซึ่งขัดกับจำนวนเลปตอน ดังนั้นปริภูมิเฟสสำหรับสสารควาร์กในดาวฤกษ์ขนาดกะทัดรัดจึงมีเพียงสองมิติ คือ อุณหภูมิ ( T ) และศักยภาพทางเคมีของจำนวนควาร์ก (μ) สเตรนจ์เล็ตไม่ได้อยู่ในขีดจำกัดทางเทอร์โมไดนามิกของปริมาตรขนาดใหญ่ ดังนั้นมันจึงเหมือนกับนิวเคลียสที่แปลกประหลาด: มันอาจมีประจุไฟฟ้า

การชนกันของไอออนหนักไม่ได้อยู่ในขีดจำกัดทางเทอร์โมไดนามิกของปริมาตรขนาดใหญ่หรือช่วงเวลาที่ยาวนาน หากไม่นับคำถามว่ามันสมดุลเพียงพอสำหรับเทอร์โมไดนามิกที่จะนำมาใช้ได้หรือไม่ แน่นอนว่าไม่มีเวลาเพียงพอสำหรับปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนที่จะเกิดขึ้น ดังนั้นรสชาติจึงได้รับการอนุรักษ์ และมีศักยภาพทางเคมีที่เป็นอิสระสำหรับรสชาติควาร์กทั้งหก เงื่อนไขเริ่มต้น ( พารามิเตอร์การกระทบของการชน จำนวนควาร์กอัพและดาวน์ในนิวเคลียสที่ชนกัน และข้อเท็จจริงที่ว่าพวกมันไม่มีควาร์กของรสชาติอื่น) จะกำหนดศักยภาพทางเคมี (อ้างอิงสำหรับส่วนนี้: ^{[ 12 ] [ 13 ]} )

จากการคำนวณทางทฤษฎีที่เข้มงวดซึ่งใช้ได้กับความหนาแน่นสูงมากและการทดลองการชนกันของไอออนหนักอัลตรารีลาติวิ สติกเพียงไม่กี่ครั้ง ได้มีการร่าง แผนภาพเฟสของสสารควาร์กดังแสดงในรูปทางด้านขวา ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจแกนกลางของดาวนิวตรอน โดยที่ศักยภาพทางเทอร์โมไดนามิกที่เกี่ยวข้องเพียงอย่างเดียวคือศักยภาพทางเคมี ของควาร์ก μ และอุณหภูมิ T ^{[ 12 ]}

เพื่อเป็นแนวทาง แผนภาพนี้ยังแสดงค่าทั่วไปของ μ และTในการชนกันของไอออนหนักและในเอกภพยุคแรก สำหรับผู้อ่านที่ไม่คุ้นเคยกับแนวคิดของศักยภาพทางเคมี การนึกถึง μ ว่าเป็นการวัดความไม่สมดุลระหว่างควาร์กและแอนติควาร์กในระบบจะช่วยให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น ค่า μ ที่สูงขึ้นหมายถึงความเอนเอียงที่มากขึ้นที่สนับสนุนควาร์กมากกว่าแอนติควาร์ก ที่อุณหภูมิต่ำจะไม่มีแอนติควาร์ก ดังนั้นค่า μ ที่สูงขึ้นโดยทั่วไปหมายถึงความหนาแน่นของควาร์กที่สูงขึ้น

สสารอะตอมธรรมดาที่เราทราบกันนั้น แท้จริงแล้วเป็นสถานะผสม คือหย droplets ของสสารนิวเคลียร์ (นิวเคลียส) ที่ล้อมรอบด้วยสุญญากาศ ซึ่งมีอยู่ ณ ขอบเขตเฟสอุณหภูมิต่ำระหว่างสุญญากาศและสสารนิวเคลียร์ ที่ μ = 310 MeV และT ใกล้เคียงกับศูนย์ หากเราเพิ่มความหนาแน่นของควาร์ก (กล่าวคือ เพิ่ม μ) โดยรักษาอุณหภูมิให้ต่ำ เราจะเคลื่อนเข้าสู่เฟสของสสารนิวเคลียร์ที่ถูกบีอัดมากขึ้นเรื่อยๆ การเดินตามเส้นทางนี้เปรียบเสมือนการขุดลึกเข้าไปใน ดาวนิวตรอนมาก ขึ้นเรื่อยๆ

ในที่สุด ที่ค่าวิกฤตที่ไม่ทราบค่าของ μ จะมีการเปลี่ยนผ่านไปสู่สสารควาร์ก ที่ความหนาแน่นสูงมาก เราคาดว่าจะพบ เฟส การล็อกสี-รสชาติ (CFL) ของ สสารควาร์ก ตัวนำยิ่งยวดสีที่ความหนาแน่นปานกลาง เราคาดว่าจะพบเฟสอื่นๆ (ระบุว่า "ของเหลวควาร์กที่ไม่ใช่ CFL" ในรูป) ซึ่งธรรมชาติยังไม่เป็นที่ทราบในปัจจุบัน^{[ 12 ] [ 13 ]}อาจเป็นสสารควาร์กตัวนำยิ่งยวดสีรูปแบบอื่นๆ หรือสิ่งอื่นที่แตกต่างออกไป

ทีนี้ ลองจินตนาการว่าเริ่มต้นที่มุมล่างซ้ายของแผนภาพเฟส ในสภาวะสุญญากาศที่ μ =  T  = 0 ถ้าเราเพิ่มอุณหภูมิให้กับระบบโดยไม่ทำให้เกิดความชอบระหว่างควาร์กกับแอนติควาร์ก นี่จะเทียบเท่ากับการเคลื่อนที่ขึ้นไปในแนวดิ่งตาม แกน Tในตอนแรก ควาร์กยังคงถูกกักขังอยู่ และเราจะสร้างก๊าซของแฮดรอน ( ส่วนใหญ่เป็น ไพอน ) จากนั้นที่ประมาณT  = 150 MeV จะมีการเปลี่ยนผ่านไปสู่พลาสมาควาร์กกลูออน: ความผันผวนทางความร้อนทำให้ไพอนแตกตัว และเราจะพบก๊าซของควาร์ก แอนติควาร์ก และกลูออน รวมถึงอนุภาคที่เบากว่า เช่น โฟตอน อิเล็กตรอน โพซิตรอน เป็นต้น การเดินตามเส้นทางนี้เทียบเท่ากับการเดินทางย้อนเวลากลับไปไกล (ว่ากันตามตรง) ไปสู่สถานะของจักรวาลหลังจากบิ๊กแบงไม่นาน (ซึ่งมีความชอบระหว่างควาร์กกับแอนติควาร์กเพียงเล็กน้อย)

เส้นที่พุ่งขึ้นจากการเปลี่ยนผ่านของสสารนิวเคลียร์/ควาร์ก แล้วโค้งกลับไปทาง แกน Tโดยมีจุดสิ้นสุดที่ทำเครื่องหมายด้วยดาว เป็นเส้นแบ่งเขตที่คาดการณ์ไว้ระหว่างเฟสที่ถูกจำกัดและเฟสที่ไม่ถูกจำกัด จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เชื่อกันว่าเป็นเส้นแบ่งเขตระหว่างเฟสที่สมมาตรไครัลถูกทำลาย (อุณหภูมิและความหนาแน่นต่ำ) และเฟสที่สมมาตรไครัลไม่ถูกทำลาย (อุณหภูมิและความหนาแน่นสูง) ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันแล้วว่าเฟส CFL แสดงให้เห็นถึงการทำลายสมมาตรไครัล และเฟสสสารควาร์กอื่นๆ ก็อาจทำลายสมมาตรไครัลได้เช่นกัน ดังนั้นจึงไม่ชัดเจนว่านี่เป็นเส้นการเปลี่ยนผ่านไครัลจริงหรือไม่ เส้นนี้สิ้นสุดที่ " จุดวิกฤต ไครัล " ซึ่งทำเครื่องหมายด้วยดาวในรูปนี้ ซึ่งเป็นอุณหภูมิและความหนาแน่นพิเศษที่คาดว่าจะเกิดปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าทึ่ง คล้ายกับปรากฏการณ์โอพาเลสเซนซ์วิกฤต (อ้างอิงสำหรับส่วนนี้: ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} )

สำหรับการอธิบายแผนภาพเฟสอย่างสมบูรณ์ จำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับสสารแฮดรอนิกที่มีความหนาแน่นสูงและมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรง รวมถึงสสารควาร์กที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงจากทฤษฎีพื้นฐานบางอย่าง เช่น ควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCD) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคำอธิบายดังกล่าวต้องอาศัยความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับ QCD ในระบอบที่ไม่ใช่การรบกวน ซึ่งยังห่างไกลจากการเข้าใจอย่างสมบูรณ์ การพัฒนาทางทฤษฎีใดๆ จึงยังคงเป็นเรื่องที่ท้าทายมาก

โครงสร้างเฟสของสสารควาร์กยังคงเป็นเพียงข้อสันนิษฐานเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากเป็นการยากที่จะทำการคำนวณเพื่อทำนายคุณสมบัติของสสารควาร์ก เหตุผลก็คือ ทฤษฎี QCD ซึ่งเป็นทฤษฎีที่อธิบายปฏิสัมพันธ์หลักระหว่างควาร์กนั้น มีการเชื่อมโยงกันอย่างมากที่ความหนาแน่นและอุณหภูมิที่น่าสนใจทางฟิสิกส์มากที่สุด ดังนั้นจึงยากมากที่จะได้ผลการทำนายใดๆ จากทฤษฎีนี้ ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยย่อของวิธีการมาตรฐานบางวิธี

เครื่องมือคำนวณจากหลักการพื้นฐานเพียงอย่างเดียวที่มีอยู่ในปัจจุบันคือlattice QCDซึ่งก็คือการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์แบบใช้กำลังทั้งหมด เนื่องจากอุปสรรคทางเทคนิคที่เรียกว่าปัญหาเครื่องหมาย ของเฟอร์มิออน วิธีนี้จึงสามารถใช้ได้เฉพาะที่ความหนาแน่นต่ำและอุณหภูมิสูง (μ <  T ) เท่านั้น และทำนายว่าการเปลี่ยนผ่านไปสู่พลาสมาควาร์ก-กลูออนจะเกิดขึ้นที่ประมาณT  = 150 MeV ^{[ 15 ]}อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่สามารถใช้เพื่อตรวจสอบโครงสร้างเฟสการนำยิ่งยวดสีที่น่าสนใจที่ความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิต่ำได้^{[ 16 ]}

เนื่องจาก QCD เป็นอิสระเชิงอะ ซิมโทติก จึงเกิดการเชื่อมต่อที่อ่อนแอที่ความหนาแน่นสูงเกินจริง และสามารถใช้วิธีการแบบไดอะแกรมได้^{[ 13 ]}วิธีการดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าเฟส CFL เกิดขึ้นที่ความหนาแน่นสูงมาก อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูง วิธีการแบบไดอะแกรมยังคงควบคุมได้ไม่เต็มที่

เพื่อให้ได้แนวคิดคร่าวๆ เกี่ยวกับเฟสต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้น เราสามารถใช้แบบจำลองที่มีคุณสมบัติบางอย่างคล้ายกับ QCD แต่จัดการได้ง่ายกว่า นักฟิสิกส์หลายคนใช้แบบจำลอง Nambu–Jona-Lasinioซึ่งไม่มีกลูออน และแทนที่อันตรกิริยาแรงด้วยอันตรกิริยาแบบสี่เฟอร์มิออนวิธีการสนามเฉลี่ย (mean-field methods) มักใช้ในการวิเคราะห์เฟสต่างๆ อีกแนวทางหนึ่งคือแบบจำลองถุง (bag model ) ซึ่งจำลองผลกระทบของการกักขังโดยใช้ความหนาแน่นพลังงานแบบบวกที่ลงโทษสสารควาร์กที่ไม่ถูกกักขัง

นักฟิสิกส์หลายคนเลิกใช้แนวทางแบบจุลภาค และคาดเดาเฟสที่คาดหวังโดยอาศัยข้อมูล (อาจอิงตามผลลัพธ์ของแบบจำลอง NJL) จากนั้นสำหรับแต่ละเฟส พวกเขาจะเขียนทฤษฎีที่มีประสิทธิภาพสำหรับการกระตุ้นพลังงานต่ำ โดยใช้พารามิเตอร์จำนวนเล็กน้อย และใช้ทฤษฎีดังกล่าวในการทำนาย ซึ่งจะช่วยให้สามารถกำหนดพารามิเตอร์เหล่านั้นได้จากการสังเกตการณ์เชิงทดลอง^{[ 14 ]}

นอกจากนี้ยังมีวิธีการอื่นๆ ที่บางครั้งใช้เพื่อช่วยให้เข้าใจ QCD ได้ดีขึ้น แต่ด้วยเหตุผลหลายประการ วิธีการเหล่านั้นยังไม่ให้ผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์ในการศึกษาเรื่องสสารควาร์ก

ถือว่าจำนวนสีNซึ่งจริงๆ แล้วคือ 3 เป็นจำนวนมาก และขยายเป็นกำลังของ 1/ Nปรากฏว่าที่ความหนาแน่นสูง การแก้ไขลำดับที่สูงกว่าจะมีขนาดใหญ่ และการขยายจะให้ผลลัพธ์ที่ทำให้เข้าใจผิด^{[ 12 ]}

การเพิ่มควาร์กสเกลาร์ (สควาร์ก) และกลูออนเฟอร์มิออน (กลูอิโน) เข้าไปในทฤษฎีทำให้ทฤษฎีสามารถจัดการได้ง่ายขึ้น แต่เทอร์โมไดนามิกส์ของสสารควาร์กขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่ามีเพียงเฟอร์มิออนเท่านั้นที่สามารถมีเลขควาร์กได้ และขึ้นอยู่กับจำนวนองศาอิสระโดยทั่วไปด้วย

ในทางทดลอง การสร้างแผนภาพเฟสของสสารควาร์กเป็นเรื่องยาก เนื่องจากค่อนข้างยากที่จะเรียนรู้วิธีการปรับอุณหภูมิและความหนาแน่นให้สูงพอในการทดลองในห้องปฏิบัติการโดยใช้การชนกันของไอออนหนักสัมพัทธภาพเป็นเครื่องมือในการทดลอง อย่างไรก็ตาม การชนกันเหล่านี้จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับการเปลี่ยนผ่านจากสสารแฮดรอนิกไปเป็น QGP ในที่สุด มีการเสนอแนะว่าการสังเกตดาวฤกษ์ขนาดกะทัดรัดอาจจำกัดข้อมูลเกี่ยวกับบริเวณที่มีความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิต่ำได้เช่นกัน แบบจำลองของการเย็นตัว การหมุนช้าลง และการหมุนควงของดาวฤกษ์เหล่านี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องภายในของพวกมัน เมื่อการสังเกตมีความแม่นยำมากขึ้น นักฟิสิกส์หวังว่าจะได้เรียนรู้เพิ่มเติม^{[ 12 ]}

หนึ่งในหัวข้อธรรมชาติสำหรับการวิจัยในอนาคตคือการค้นหาตำแหน่งที่แน่นอนของจุดวิกฤตไครัล การคำนวณ QCD แบบแลตติซที่ทะเยอทะยานบางอย่างอาจพบหลักฐานสำหรับเรื่องนี้ และการคำนวณในอนาคตจะทำให้สถานการณ์ชัดเจนขึ้น การชนกันของไอออนหนักอาจสามารถวัดตำแหน่งของมันได้ในเชิงทดลอง แต่จะต้องมีการสแกนในช่วงค่าต่างๆ ของ μ และ T ^{[ 17 ]}

ในปี 2020 มีหลักฐานว่าแกนกลางของดาวนิวตรอนที่มีมวล ~2  M☉น่าจะประกอบด้วยสสารควาร์ก_[ ^{4 ] [ 18 ] ผลลัพธ์}ของพวกเขานั้นอิงจากการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของ ดาวนิวตรอน ในช่วงการรวมตัวของดาวนิวตรอนตามที่วัดโดยหอดูดาวคลื่นโน้มถ่วงซึ่งนำไปสู่การประมาณรัศมีของดาว รวมกับการคำนวณสมการสถานะที่เชื่อมโยงความดันและความหนาแน่นของพลังงานของแกนกลางของดาว หลักฐานดังกล่าวชี้ให้เห็นอย่างชัดเจน แต่ไม่ได้พิสูจน์การมีอยู่ของสสารควาร์กอย่างแน่ชัด

• การล็อกสี-รสชาติ  – ปรากฏการณ์ในสสารแปลกประหลาดที่มีความหนาแน่นสูง
• ควอนตัมโคร โมไดนามิกส์บนโครงตาข่าย  – ควอนตัมโครโมไดนามิกส์บนโครงตาข่าย
• ควอนตัมโครโมไดนามิกส์  – ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์นิวเคลียร์แบบแรง
• พลาสมาควาร์ก-กลูออน  – สถานะของสสารที่มีความสำคัญในจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์อนุภาค
• ดาวควาร์ก  – ดาวฤกษ์ขนาดเล็กแปลกตาที่ก่อตัวเป็นสสารซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยควาร์ก
• การนำยิ่งยวดสี SU(2)  – คุณสมบัติของสสารควาร์ก
• สสารประหลาด  – สสารเสื่อมสภาพที่ประกอบด้วยควาร์กประหลาด
• ความแปลกประหลาดและพลาสมาควาร์ก-กลูออน  – สัญญาณเฉพาะของอนุภาคย่อยอะตอมหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง
• การขยาย 1/N  – การวิเคราะห์เชิงรบกวนของทฤษฎีสนามควอนตัม

• Aronson, S. และ Ludlam, T.: "การล่าหาพลาสมาควาร์กกลูออน"กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (2005)
• เลเตสซิเยร์, ฌอง; ราเฟลสกี, โยฮันน์ (9 กุมภาพันธ์ 2023). แฮดรอนและพลาสมาควาร์ก-กลูออน (ฉบับที่ 1). สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์. doi : 10.1017/9781009290753 . ISBN 978-1-009-29075-3.
• S. Hands (2001). "แผนภาพเฟสของ QCD". ฟิสิกส์ร่วมสมัย42 (4): 209– 225. arXiv : physics/0105022 . Bibcode : 2001ConPh..42..209H . doi : 10.1080/00107510110063843 . S2CID  16835076 .
• K. Rajagopal (2001). "ปลดปล่อยควาร์ก" (PDF) . Beam Line . 32 (2): 9– 15.

• วารสารออนไลน์เกี่ยวกับเรื่อง QCD
• RHIC ค้นพบปฏิสสารแปลกใหม่