Странное дело
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( октябрь 2017 г. ) |
Странная материя (или странная кварковая материя ) — это кварковая материя, содержащая странные кварки . Предполагается, что в экстремальных условиях странная материя возникает в ядре нейтронных звезд или, более умозрительно, в виде изолированных капель, размер которых может варьироваться от фемтометров ( странглетов ) до километров, как в гипотетических странных звездах . Ожидается, что при достаточно высокой плотности странная материя станет цветной сверхпроводимостью . [ нужна ссылка ]
Обычная материя , также называемая атомной материей, состоит из атомов, причем почти вся материя сосредоточена в атомных ядрах. Ядерная материя представляет собой жидкость, состоящую из нейтронов и протонов , а они сами состоят из верхних и нижних кварков . Кварковая материя — это конденсированная форма материи, полностью состоящая из кварков . Когда кварковая материя не содержит странных кварков, ее иногда называют нестранной кварковой материей.
Контекст
[ редактировать ]В физике элементарных частиц и астрофизике термин «странная материя» используется в двух разных контекстах: один более широкий, а другой более конкретный и гипотетический: [1] [2]
- 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 критической плотности. При этом критическом давлении и плотности протоны и нейтроны диссоциируют на кварки, образуя кварковую материю и потенциально странную материю.
- Более конкретная гипотеза состоит в том, что кварковая материя является истинным основным состоянием всей материи и, следовательно, более стабильна, чем обычная ядерная материя. Эта идея известна как «гипотеза странной материи» или предположение Бодмера - Виттена . [3] [4] Согласно этой гипотезе, ядра атомов, которые мы видим вокруг нас, являются только метастабильными , даже когда внешнее критическое давление равно нулю, и при наличии достаточного времени (или правильного стимула) ядра распадутся на стабильные капли странной материи. Капли странной материи также называют странгелетами.
Стабильность странной материи только при высоком давлении
[ редактировать ]В общем контексте странная материя могла бы возникнуть внутри нейтронных звезд, если давление в их ядре достаточно велико, чтобы обеспечить достаточную гравитационную силу (т. е. выше критического давления). При той плотности и высоком давлении, которые мы ожидаем в центре нейтронной звезды, кварковая материя, вероятно, будет странной материей. Это могла бы быть нестранная кварковая материя, если бы эффективная масса странного кварка была слишком велика. Очаровательные и более тяжелые кварки могли бы возникнуть только при гораздо более высоких плотностях.
Странная материя возникает как способ ослабить давление вырождения . Принцип исключения Паули запрещает фермионам, таким как кварки, занимать одно и то же положение и энергетический уровень. Когда плотность частиц достаточно высока, и все энергетические уровни ниже доступной тепловой энергии уже заняты, дальнейшее увеличение плотности требует поднятия некоторых из них на более высокие, незанятые энергетические уровни. Эта потребность в энергии, чтобы вызвать сжатие, проявляется как давление. Нейтроны состоят из вдвое большего числа даун-кварков (заряд — 1 / 3 e ) как ап-кварки (заряд + 2 / 3 e ), поэтому давление вырождения даун-кварков обычно доминирует над электрически нейтральной кварковой материей. Однако, когда требуемый уровень энергии достаточно высок, становится доступной альтернатива: половина даун-кварков может быть преобразована в странные кварки (заряд — 1/3 е ) . Более высокая масса покоя странного кварка требует некоторой энергии, но за счет открытия дополнительного набора энергетических уровней средняя энергия на частицу может быть ниже: [1] : 5 сделать странную материю более стабильной, чем нестранная кварковая материя.
Нейтронная звезда с ядром из кварковой материи часто бывает [1] [2] называется гибридной звездой. Однако трудно узнать, действительно ли гибридные звезды существуют в природе, поскольку физики в настоящее время плохо представляют себе вероятное значение критического давления или плотности. Кажется правдоподобным, что переход к кварковой материи уже произойдет, когда расстояние между нуклонами станет намного меньше их размера, поэтому критическая плотность должна быть меньше примерно в 100 раз плотности ядерного насыщения. Но более точная оценка пока недоступна, поскольку сильное взаимодействие , которое управляет поведением кварков, математически неразрешимо, а численные расчеты с использованием решеточной КХД в настоящее время заблокированы проблемой знака фермионов .
Одним из основных направлений деятельности в физике нейтронных звезд является попытка найти наблюдаемые признаки, по которым мы могли бы определить, есть ли в ядре нейтронных звезд кварковая материя (вероятно, странная материя).
При слиянии двух нейтронных звезд странная материя может быть выброшена в пространство вокруг звезд, что может позволить изучить странную материю. Однако скорость распада странной материи неизвестна, а поблизости от Солнечной системы очень мало двойных пар нейтронных звезд, что может очень затруднить официальное открытие странной материи.
Стабильность странной материи при нулевом давлении
[ редактировать ]Если « гипотеза странной материи » верна, то ядерная материя метастабильна и не распадается на странную материю. Время жизни самопроизвольного распада очень велико, поэтому мы не видим, чтобы этот процесс распада происходил вокруг нас. [4] Однако согласно этой гипотезе во Вселенной должна быть странная материя:
- Кварковые звезды (часто называемые «странными звездами») состоят из кварковой материи от ядра до поверхности. Они будут иметь диаметр в несколько километров и могут иметь очень тонкую корку ядерного вещества. [2]
- Стрейнджлеты — это маленькие кусочки странной материи, возможно, размером с ядро. Они будут образовываться при образовании или столкновении странных звезд или при распаде ядра. [1]
См. также
[ редактировать ]- Экзотическая материя - физический термин для обозначения нескольких концепций.
- Кварковая звезда - компактная экзотическая звезда, образующая материю, состоящую в основном из кварков.
- Странность и кварк-глюонная плазма – субатомная подпись
- Стрейнджлет - Тип гипотетической частицы
- Кварк – элементарная частица, основная составляющая материи.
- Материя КХД - Гипотетические фазы материи
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Мэдсен, Джес (1999). «Физика и астрофизика странной кварковой материи». Адроны в плотной материи и гадросинтез . Конспект лекций по физике. Том. 516. стр. 162–203. arXiv : astro-ph/9809032 . дои : 10.1007/BFb0107314 . ISBN 978-3-540-65209-0 . S2CID 16566509 .
- ^ Jump up to: а б с Вебер, Ф. (2005). «Странная кварковая материя и компактные звезды». Прогресс в области физики элементарных частиц и ядерной физики . 54 (1): 193–288. arXiv : astro-ph/0407155 . Бибкод : 2005ПрПНП..54..193Вт . дои : 10.1016/j.ppnp.2004.07.001 . S2CID 15002134 . .
- ^ Бодмер, Арканзас (сентябрь 1971 г.). «Схлопнувшиеся ядра» . Физический обзор D . 4 (6): 1601–1606. Бибкод : 1971PhRvD...4.1601B . дои : 10.1103/PhysRevD.4.1601 . Архивировано из оригинала 20 января 2022 г. Проверено 22 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Виттен, Эдвард (июль 1984 г.). «Космическое разделение фаз» . Физический обзор D . 30 (2): 272–285. Бибкод : 1984PhRvD..30..272W . дои : 10.1103/PhysRevD.30.272 . Архивировано из оригинала 25 января 2022 г. Проверено 22 марта 2022 г.
