クォークグルーオンプラズマ
ε H = 3 d π π 2 90 T 4 {\displaystyle \varepsilon _{\mathrm {H} }=3d_{\mathrm {\pi } }{\frac {\pi ^{2}}{90}}T^{4}}
s H = 4 d π π 2 90 T 3 {\displaystyle s_{\mathrm {H} }=4d_{\mathrm {\pi } }{\frac {\pi ^{2}}{90}}T^{3}}
ここで、dπは南部=ゴールドストンボソンの自由度(縮退因子)の数で、クォークのフレーバー数がNfのとき
d π = N f 2 − 1 {\displaystyle d_{\mathrm {\pi } }=N_{f}^{2}-1}
である。例えば、Nf=2の場合はπ、π、πの3つである。
一方、QGPに対する、圧力、エネルギー密度、エントロピー密度は以下のように表せる。
P Q G P = d Q G P π 2 90 T 4 − B {\displaystyle P_{\mathrm {QGP} }=d_{\mathrm {QGP} }{\frac {\pi ^{2}}{90}}T^{4}-B}
ε Q G P = 3 d Q G P π 2 90 T 4 + B {\displaystyle \varepsilon _{\mathrm {QGP} }=3d_{\mathrm {QGP} }{\frac {\pi ^{2}}{90}}T^{4}+B}
低温・低密度状態では、クォークはハドロンの中に閉じ込められており、単独で取り出すことはできない。量子色力学(QCD)による理論計算によると、核子の密度が低い場合は150~200MeV (約10K)以上の高温状態、ゼロ温度では通常の核子の密度の10倍程度の高密度状態で、多体効果によりその系はクォークとグルーオンからなるガス状態になると予想されている。
クォークグルーオンプラズマはビッグバン後の初期宇宙(高温状態)、あるいは中性子星の内部で実現されていると考えられている。これらをそのまま地球上で再現することは不可能であるが、高エネルギーの重イオンを衝突させることで瞬間的に高温高圧を発生させ、実験的にクォークグルーオンプラズマを作ることが出来ると考えられている。
ブルックヘブン国立研究所 (BNL) の相対論的重イオン衝突型加速器 (RHIC) による実験は、高温高密度物質に関する様々な新現象を明らかにしたが、それらがQGPで説明できるという決定的な証拠はまだない。2005年4月の報告では、QGPを完全流体(粘性がゼロの流体)であると仮定したときの相対論的流体力学モデルと矛盾しない性質が得られており、これはQGP中の粒子が強く相互作用し合う状態(強相関プラズマ)であることを示唆している。さらに、2008年に稼働した欧州原子核研究機構 (CERN) の大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) によるATLAS、CMS、ALICE実験でのさらなる研究によって、量子色力学に基づく理解が得られることが期待されている。