宇宙探索|中子星内发现一种奇怪的物质

一群物理学家正在质疑我们对夸克——一种基本粒子——在极端条件下如何排列自己的理解。他们的探索揭示出元素周期表之外的元素可能比我们想象的更奇怪。

宇宙探索|中子星内发现一种奇怪的物质

元素周期表的深处,有一个由亚原子粒子组成的独特排列的怪物。就元素而言,它们并不比oganesson大,它是一个包含118个质子的庞然大物,其原子质量只有不到300个。

这并不是说质子和中子不能被排列成更大的团状,并且在一定程度上比眨眼更持久。但实际上,还没有人发现它。

当科学家们推测周期表的边界有多远的时候,当原子变大时,通常的规则会改变它们的行为。

在这项最新的研究中,来自多伦多大学的物理学家认为,构成原子的质子和中子的组成粒子在极端条件下可以打破它们通常的化学键,并且仍然保持足够的稳定性,使原子能够继续存在。

宇宙探索|中子星内发现一种奇怪的物质

这些粒子有六种,叫做夸克,它们的名字很奇怪,有上、下、魅力、奇怪、上、下。质子有两种向上的类型和一种向下的类型。另一方面,中子由两个向下和一个向上组成。

夸克并不局限于这些构型,尽管由于很少有能长期保持稳定的物质,找到其他的构型是很少见的。

三十多年前,一位名叫爱德华·威顿的物理学家提出,如果在足够的压力下,例如在中子星内,保持三元夸克的能量组合可以达到某种平衡。

这个“奇怪的夸克物质”(或称SQM)将是一个相对相等的混合物,它包含了向上、向下和奇异的夸克,这些夸克不是以三为单位排列的,而是由无数嗡嗡作响的粒子组成的液体。

考虑到夸克在质子和中子中能够很好地形成一个团队,而没有奇怪的夸克来混合物质的可能性通常被忽略了。

宇宙探索|中子星内发现一种奇怪的物质

根据物理学家Bob Holdom、Jing Ren和Chen Zhang的说法,做实际的计算揭示了上下夸克物质(udQM)不仅可能,而且更好。

"几十年来,物理学家们一直在寻找SQM "研究人员在组织网站上对Lisa Zyga说。“从我们的搜索结果来看,很多搜索可能是在错误的地方进行的。”

研究小组回到了最基本的问题上,对一大堆蠕动的夸克的最低能量状态提出了质疑。

他们发现,udQM的基态——粒子能级舒适的大厅——实际上可能比质子和中子内部的三联体的基态都要低。

因此,如果一束夸克被给予足够的推力,它们就能迫使起起落在不需要奇怪夸克的能量的情况下,把能量池变成液体。

中子星可以提供这样的挤压,但这并不是什么秘密,原子的核心本身在力的作用下是非常强烈的。

研究小组认为,原子质量大于300的元素也可能为上下夸克松驰提供合适的条件。

制造这些元素将是一项挑战,需要一些方法来增加中子,使超大质量的元素足够稳定。

是udQM的低基态指向元素周期表边缘以外的稳定区域。

这些重元素究竟长什么样,表现怎样,目前还很难说,但它们不太可能遵循常规。

同时,udQM也有可能以宇宙射线的形式穿越宇宙,并可能在地球上被捕捉到。甚至产生了粒子加速器。

研究人员称:“更好地知道在哪里寻找udQM可能有助于实现一个古老的想法:用夸克物质作为新的能量来源。”

稳定的夸克液滴不会像通常在质子和中子中发现的夸克簇那样运行,因为它们的质量较低,可能更容易控制。

夸克物质反应堆听起来像科幻小说里的东西。但是,如果这项研究可以作为参考的话,一个全新的应用物理学领域可能就在眼前。

这项研究发表在《物理评论快报》上。


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