@ 2018.06.24 , 11:00

流动的夸克:中子星内部或存在奇特物质形式

流动的夸克:中子星内部或存在奇特物质形式

夸克是一种基本粒子。物理学家发现,在突破现有元素周期表后,元素可能变得异常古怪;在极端情况下,夸克将呈现奇特但稳定的排列方式。

在元素周期表的深处,元素由排列独特的亚原子粒子构成。迄今为止,人类发现及合成的最重元素为Og(118号元素)。但这并不意味着,质子和中子无法形成更重的稳定元素——只是人类尚未发现罢了。元素周期表的尽头在哪里?针对这个问题,科学家进行了种种推测。其中,有一点是显然的:随着原子变得越来越大,它们的行为模式将变得不同寻常。

最近,多伦多大学的物理学家提出:在极端条件下,构成质子和中子的夸克将打破常规结合模式,同时依旧保持足够的稳定性,让原子得以存在。

夸克存在六种类型,名字起得十分古怪:上、下、奇、粲、顶、底。质子由两个上夸克和一个下夸克构成,中子由一个上夸克和两个下夸克构成。夸克的组合模式不限于这两种,但科学家甚少发现其它组合模式,因为它们很少能够保持稳定。

三十多年前,物理学家爱德华·威顿提出:若处于足量压强下(如中子星内部),使夸克保持三元模式的能量能够达到某种平衡。这种“奇异夸克物质”(SQM)由相对等量的上、下、奇夸克构成。它们不是三个三个排列,而是仿佛由大量粒子构成的流态。几十年来,物理学家一直在寻找“奇异夸克物质”。

同时,由于上夸克和下夸克能够形成质子和中子,因此科学家通常不去考虑仅由上下夸克构成的夸克物质。然而,物理学家Bob Holdom、Jing Ren、Chen Zhang通过计算发现,“上下夸克物质”(udQM)不仅可能存在,而且可能性高于“奇异夸克物质”。他们追本溯源,探究流态夸克物质的最低能态问题。结果发现,“上下夸克物质”的基态既低于“奇异夸克物质”,也低于质子和中子内部的三元夸克组合。

也就是说,在足量压强的作用下,上夸克和下夸克可以形成流态物质,而无需借助奇夸克的帮助。中子星可以提供这样的压强。此外,我们也知道,原子核的内部压强大得惊人。研究团队认为,当原子质量超过300时,上夸克和下夸克便能够流动起来。不过,制造这类元素非常困难。目前,我们搞不清楚它们的具体样貌和行为模式,只知道它们不太可能遵循常规法则。

另外,“上下夸克物质”也有可能存在于宇宙射线中。我们或许能够在地球上捕捉到它,或许能够通过粒子加速器制造出来。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:MIKE MCRAE


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