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奇異物質
編輯奇異物質(或奇夸克物質)是含有奇夸克的夸克物質。 在自然界中,奇怪的物質被假設存在于中子星的核心,或者更推測地,作為孤立的液滴,其大小可能從飛米(strangelets)到千米不等,就像在假設的奇異恒星中一樣。 在足夠高的密度下,奇異物質有望具有彩色超導性。
普通物質,也稱為原子物質,是由原子組成的,幾乎所有的物質都集中在原子核中。 核物質是由中子和質子組成的液體,它們本身又是由上下夸克組成的。 夸克物質是一種完全由夸克組成的凝聚態物質。 當夸克物質不含奇夸克時,它有時被稱為非奇夸克物質。
上下文
編輯在粒子物理學和天體物理學中,術語“奇異物質”用于兩種不同的上下文,一種更廣泛,另一種更具體和假設:
- 在更廣泛的背景下,我們目前對自然法則的理解預測,當核物質(由質子和中子組成)被壓縮到超過臨界密度時,可能會產生奇異物質。 在這個臨界壓力和密度下,質子和中子分解成夸克,產生夸克物質和潛在的奇異物質。
- 一個更具體的假設是,夸克物質是所有物質的真正基態,因此比普通核物質更穩定。 這個想法被稱為奇異物質假說,或博德默-威滕假設。 在這個假設下,我們周圍看到的原子核只是亞穩態的,即使外部臨界壓力為零,如果有足夠的時間(或正確的刺激),原子核也會衰變成穩定的奇異物質液滴。 奇異物質的液滴也稱為奇異子。
奇異物質僅在高壓下的穩定性
編輯在一般情況下,如果中子星核心的壓力足夠高(即高于臨界壓力),則奇異物質可能會出現在中子星內部。 在我們預期中子星中心的那種密度和高壓下,夸克物質可能是奇異物質。 如果奇夸克的有效質量太高,它可能是非奇異夸克物質。 魅力夸克和重夸克只會在更高的密度下出現。
奇異物質是緩解退化壓力的一種方式。 泡利不相容原理禁止諸如夸克之類的費米子占據相同的位置和能級。 當粒子密度足夠高以至于低于可用熱能的所有能級都已被占據時,進一步增加密度需要將一些能量級提高到更高的未被占據的能級。 這種引起壓縮的能量需求表現為壓力。 通常情況下,物質包含的下夸克(電荷 -1/3 e)是上夸克(電荷 +2/3 e)的兩倍,因此下夸克的簡并壓力支配電中性夸克物質。 然而,當所需的能量水平足夠高時,可以使用替代方案:一半的下夸克可以轉變為奇夸克(電荷 -1/3 e)。 奇夸克較高的靜止質量會消耗一些能量,但通過打開一組額外的能級,每個粒子的平均能量可以更低,: 5 使得奇物質比非奇夸克物質更穩定。
具有夸克物質核心的中子星通常被稱為混合星。 然而,很難知道混合星是否真的存在于自然界中,因為物理學家目前對臨界壓力或密度的可能值知之甚少。 當核子之間的距離變得比它們的尺寸小得多時,向夸克物質的轉變似乎是合理的,因此臨界密度必須小于核飽和密度的大約 100 倍。 但目前還沒有更精確的估計,因為控制夸克行為的強相互作用在數學上是難以處理的,而使用格子 QCD 的數值計算目前被費米子符號問題所阻礙。
中子星物理學的一個主要活動領域是試圖找到可觀察到的特征,通過這些特征我們可以判斷中子星的核心是否有夸克物質(可能是奇異物質)。
零壓下奇異物質的穩定性
編輯如果奇異物質假說是正確的,那么核物質是亞穩態的,不會衰變為奇異物質。 自發衰變的壽命很長,所以我們看不到這種衰變過程在我們周圍發生。 然而,在這個假設下,宇宙中應該存在奇異物質:
- 夸克星(通常稱為奇異星)由從核心到表面的夸克物質組成。 它們可能有幾公里寬,并且可能有一層非常薄的核物質外殼。
- 斯特拉
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