Странное дело - Strange matter

Странная материя (или Странная кварковая материя ) - это кварковая материя, содержащая странные кварки . В природе, странное вещество гипотетический происходит в ядре нейтронных звезд , или, более умозрительно, как изолированные капли , которые могут отличаться по размеру от femtometers ( странглет ) до километров, как и в гипотетических странных звездах . Ожидается, что при достаточно высокой плотности странная материя будет цветной сверхпроводящей .

Обычная материя , также называемая атомной материей, состоит из атомов, причем почти вся материя сосредоточена в атомных ядрах. Ядерная материя - это жидкость, состоящая из нейтронов и протонов , а сами они состоят из верхних и нижних кварков . Кварковая материя - это конденсированная форма материи, полностью состоящая из кварков . Если кварковая материя содержит странные кварки , ее часто называют странной материей (или странной кварковой материей), а если кварковая материя не содержит странных кварков, ее иногда называют нестранной кварковой материей.

Контекст

В физике элементарных частиц и астрофизике термин «странная материя» используется в двух разных контекстах, один в более широком, а другой в более конкретном и гипотетическом:

  1. В более широком контексте наше нынешнее понимание законов природы предсказывает, что странная материя может быть создана, когда ядерная материя (состоящая из протонов и нейтронов ) сжимается до предела критической плотности. При этом критическом давлении и плотности протоны и нейтроны диссоциируют на кварки, давая кварковую материю и потенциально странную материю.
  2. Более конкретный и гипотетический контекст состоит в том, что кварковая материя на самом деле может быть истинным основным состоянием всей материи и, следовательно, более стабильной, чем обычная ядерная материя. Эта идея известна как «гипотеза странной материи» или предположение Бодмера- Виттена . Согласно этой гипотезе, ядра атомов, которые мы видим вокруг себя, являются только метастабильными , даже когда внешнее критическое давление равно нулю, и при наличии достаточного времени (или правильного стимула) ядра распадаются на стабильные капли странной материи. Капли странной материи также называют странными.

Странное вещество, устойчивое только при высоком давлении

В общем контексте странная материя может возникать внутри нейтронных звезд, если давление в их ядре достаточно велико (то есть выше критического давления). При таких плотностях и высоких давлениях, которые мы ожидаем в центре нейтронной звезды, кварковая материя, вероятно, была бы странной материей. Предположительно, это могла быть не странная кварковая материя, если бы эффективная масса странного кварка была слишком высокой. Очаровательные кварки и более тяжелые кварки могут встречаться только при гораздо более высоких плотностях.

Странное дело появляется как способ ослабить давление вырождения . Принцип исключения Паули запрещает фермионам, таким как кварки, занимать одно и то же положение и один и тот же энергетический уровень. Когда плотность частиц достаточно высока, чтобы все уровни энергии ниже доступной тепловой энергии уже были заняты, дальнейшее увеличение плотности требует повышения некоторых до более высоких, незанятых уровней энергии. Эта потребность в энергии, чтобы вызвать сжатие, проявляется как давление. Обычно материя состоит из вдвое большего количества нижних кварков (заряд -1/3 д ) как ап-кварки (заряд +2/3 д ), поэтому давление вырождения нижних кварков преобладает в электрически нейтральной кварковой материи. Однако, когда требуемый уровень энергии достаточно высок, становится доступна альтернатива: половина нижних кварков может быть преобразована в странные кварки (заряд -1/3 д ). Более высокая масса покоя странного кварка требует некоторой энергии, но при открытии дополнительного набора энергетических уровней средняя энергия, приходящаяся на одну частицу, может быть ниже, что делает странную материю более стабильной, чем незнакомая кварковая материя.

Нейтронную звезду с ядром из кварковой материи часто называют гибридной звездой. Однако трудно сказать, действительно ли гибридные звезды существуют в природе, потому что физики в настоящее время мало знают о вероятном значении критического давления или плотности. Кажется правдоподобным, что переход к кварковой материи уже произойдет, когда расстояние между нуклонами станет намного меньше, чем их размер, поэтому критическая плотность должна быть примерно в 100 раз меньше плотности насыщения ядра. Но более точная оценка пока недоступна, потому что сильное взаимодействие, которое управляет поведением кварков, математически сложно, а численные расчеты с использованием решеточной КХД в настоящее время заблокированы проблемой знака фермионов .

Одной из основных сфер деятельности в физике нейтронных звезд является попытка найти наблюдаемые признаки, по которым мы могли бы сказать, есть ли у нейтронных звезд кварковая материя (возможно, странная материя) в их ядре.

Странное вещество, устойчивое при нулевом давлении

Если «гипотеза странной материи» верна, то ядерная материя метастабильна против распада на странную материю. Время жизни для спонтанного распада очень велико, поэтому мы не видим, чтобы этот процесс распада происходил вокруг нас. Однако согласно этой гипотезе во Вселенной должна быть странная материя:

  1. Кварковые звезды (часто называемые «странными звездами») состоят из кварковой материи от ядра до поверхности. Они будут иметь несколько километров в поперечнике и могут иметь очень тонкую корку ядерной материи.
  2. Странджлеты - это маленькие кусочки странной материи, возможно, размером с ядро. Они будут образовываться при образовании или столкновении странных звезд или при распаде ядра.

Смотрите также

использованная литература