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奇异物质

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奇异物质(英语:strange matter)是夸克物质英语QCD matter的一种特例,通常认为是包含上夸克下夸克奇夸克的流体。这是与核物质英语nuclear matter质子中子等构成的普通物质)及非奇异夸克物质(non-strange quark matter,除奇异物质外的夸克物质)相对的概念。该种物质被假定存在于中子星的核中,甚至可能是尺寸从飞米级别(奇异夸克团)到千米级别(夸克星)的独立存在的物质。

奇异物质的两种含义

粒子物理学天体物理学中,奇异物质有广义和狭义的两种含义:[1][2]

  1. 广义上指含有三种的夸克上夸克下夸克奇夸克的夸克物质。在这个定义下,奇异物质有一个临界压力及与之相关的临界密度,而当由质子中子构成的核子物质被压缩超越这个密度,便会分解成夸克,产生夸克物质(可能是奇异物质) 。
  2. 狭义上指比核物质更稳定的夸克物质,换言之,物质真正的基态应该是夸克物质。这是博德默[3]爱德华·威滕[4]的“奇异物质假说”(strange matter hypot)中提出的。在此定义下,奇异物质的临界压力是零,我们周围的核子物质,其实在一种亚稳定状态中,它们在足够长的一段时间后(或给予特定的条件时)会衰变成奇异物质。

仅在高压下存在的奇异物质

在广义的定义下,如果一颗中子星核心的密度够高(高于临界密度),它的核心内就会产生夸克物质,或许就是奇异物质。不难理解,如果临界密度太高以至于无法达到,就会生成非奇异的夸克物质。粲夸克及更重的夸克只在高得多的密度下出现。

有奇异物质核心的中子星通常[1][2]称作混合大气星(hybrid star)。然而,很难说宇宙中是否真的存在这样的星星,因为现时物理学家对临界压力或密度所知甚少。

零压力下稳定存在的奇异物质

如果“奇异物质假说”是正确的,则亚稳定的核子物质(即普通物质)会衰变成最稳定的奇异物质。由于衰变的时间十分长,所以我们很少看到衰变的过程。然而,根据奇异物质假说,宇宙中应该存在奇异物质:

  • 夸克星(奇异星)由内至外都含有奇异物质。它们可能有一层很薄的核物质壳。[2]
  • 奇异夸克团是小块的奇异物质,或许细如核子。它们可能源于奇异星的形成、碰撞,或核物质的衰变。[1]

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 J. Madsen, "Physics and astrophysics of strange quark matter" arXiv:astro-ph/9809032, Lect. Notes Phys. 516:162-203 (1999)
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 F. Weber, "Strange quark matter and compact stars", arXiv:astro-ph/0407155, Prog.Part.Nucl.Phys.54:193-288,2005.
  3. ^ A. Bodmer "Collapsed Nuclei" Phys. Rev. D4, 1601 (1971)
  4. ^ Edward Witten, "Cosmic Separation Of Phases" Phys. Rev. D30, 272 (1984)
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