안정성의 대륙

안정성의 대륙(Continent of stability)은 자유롭게 흐르는 위 쿼크와 아래 쿼크로 구성되며, 양성자와 중성자에 결합된 위 쿼크와 아래 쿼크보다는 질량이 300 원자 질량 단위 이상인 방사성 붕괴에 안정한 핵종의 가설적인 대규모 범위의 물질이다. 이 핵종을 포함하는 물질은 위-아래 쿼크 물질((udQM))이라고 불린다.^[1] 안정성의 대륙은 안정성의 섬에 비유하여 명명되었다. 그러나 만약 존재한다면, 전하와 질량의 범위는 안정성의 섬보다 훨씬 더 클 것이다. 위 쿼크와 아래 쿼크로 구성된 쿼크 물질은 기묘 쿼크를 포함하는 쿼크 물질(기묘 물질)보다 더 낮은 에너지 상태일 것으로 예측되며, 또한 300개 이상의 양성자와 중성자가 있다면 일반 원자핵에서 발견되는 강입자 형태의 쿼크 조합보다도 더 낮은 에너지 상태일 것으로 예측된다.^[1][2] 300의 하한선은 표면이 쿼크 물질 내부보다 높은 에너지를 갖는 표면 장력 모델을 기반으로 계산되었다. 절대적으로 더 안정한 형태가 되기 위해서는 에너지가 가장 안정한 일반 물질, 즉 중입자당 930 MeV보다 낮아야 한다. 이러한 쿼크 물질 핵종이 존재한다면, 핵분열 시 표면 넓이가 증가할 것이므로 핵분열에 대해 안정할 것이다. 쿼크 물질 핵종은 중성자를 흡수하여 질량을 증가시킬 수 있다.^[1]

위-아래 쿼크 물질의 전하를 측정한 완전한 결과(파란 점)와 대략적인 근사선(파란 선). 음영 영역은 안정성의 대륙이다.^[1]

안정성의 대륙의 경계는 전하로 인한 쿨롱 에너지가 핵 결합 에너지를 초과하거나 원자핵으로의 붕괴가 더 낮은 에너지를 초래하는 상황에 의해 결정된다. 가장 낮은 에너지 질량수는 전하(원자 번호)의 세제곱에 비례한다. 그러나 각 질량에 대해 일정한 범위의 전하가 안정하며, 질량이 증가함에 따라 그 범위는 증가한다. 이로 인해 기존에 알려진 원소와 동일한 원자 번호를 갖는 매우 무거운 핵종, 심지어 전하가 0인 쿼크 물질도 존재할 수 있다.^[1]

제안된 대안적인 형태의 쿼크 물질인 기묘체는 위 쿼크와 아래 쿼크 외에 기묘 쿼크를 포함한다. 이것은 전하가 중성이므로 원자를 형성하지 않는다. udQM은 기묘체(uds-물질)보다 에너지가 더 낮을 가능성이 있다.^[3]

대형 강입자 충돌기에서 ATLAS 협력단은 이러한 종류의 물질을 관측하려 시도하고 있다.^[4]

그러나 최근 쿼크 물질의 안정성에 대한 일부 의문이 제기되었다.^[5]

기타 특성

udQM의 전하가 163보다 클 때, 즉 중입자수가 609일 때 슈윙거 메커니즘을 통해 높은 전하장에서 전자-양전자 쌍이 형성될 것이다.^[6] 중성자 방출에 대해 가장 작은 안정한 udQM은 중입자수 39에서 나타날 것이다.^[6]

자연에서의 형성

udQM은 초대형 핵이 변환되는 초신성의 핵 붕괴 동안 형성될 수 있다. 이러한 환경에는 높은 밀도의 전자와 전자 중성미자가 존재한다. udQM은 이후 중성자별에 도달하게 될 것이다. udQM 핵종은 우주선에서 검출될 수 있다.^[3]

udQM의 많은 부분을 포함하는 별을 ud 쿼크별 (또는 udQS)이라고 한다. 무거운 중성자별은 이 유형의 별로 전환될 수 있다.^[7] 전환 여부는 중력파를 통해 쌍성 항성 충돌을 감지함으로써 확인할 수 있다.^[8]

같이 보기

• 안정성의 섬