Найден способ получить «кусок» нейтронной звезды
Фото: NASA
Группа физиков-ядерщиков под руководством Боба Холдома (Bob Holdom) из Торонтского университета (Канада) показала, что в лабораторных условиях можно воссоздать стабильную холодную кварковую материю, подобную той, что существует в недрах нейтронных звезд. В то же время расчеты показывают, что она будет состоять только из нижних и верхних кварков, а добавление странных кварков, которые ранее считались ее третьим компонентом, приведет к распаду материи. Об этом сообщает Science.
Кварки — фундаментальные частицы, которые не наблюдаются в свободном состоянии. В результате явления, называемого конфайнментом, существуют только агрегаты, состоящие из двух, трех или четырех кварков различных сортов (ароматов), удерживаемых вместе сильным ядерным взаимодействием. Два нижних кварка (d-) и один верхний кварк (u-) образуют нейтрон.
Однако, согласно популярной гипотезе, в центре нейтронной звезды, где давление достигает экстремальных значений, кварки могут свободно переходить в другие нейтроны. В результате образуется кварковая материя, которая для обеспечения своей стабильности должна также включать «странные» кварки (s-кварки) с большой массой.
В лабораторных условиях физики получали материю, состоящую из странных, верхних и нижних кварков и существующую в течение десяти в минус девятой степени секунд до распада. Ученые предполагали, что такая материя может быть стабильной, если существует в виде страпелек — сгустков с большой массой, но более низкой энергией, чем у обычных ядер. В новой работе физики учли эффекты, оказываемые кварками разных ароматов на флуктуации квантовой системы в основном состоянии (нулевые колебания вакуума). Оказалось, что появление странных кварков приводит к высокому энергетическому штрафу, так что стабильная кварковая материя должна состоять только из d- и u-кварков.
Такой результат предполагает, что при большой массе вещества, немного превышающей массу химического элемента оганесона, можно получить в лабораторных условиях стабильную кварковую материю, состоящую из нижних и верхних кварков. В то же время исследователи допускают, что в недрах нейтронных звезд странные кварки все же могут существовать из-за слишком экстремальной плотности.
Страпельки, или стрэнглеты — гипотетические объекты, являющиеся аналогами атомных ядер, но состоящие из «странных» частиц, имеющих кварки трех разных ароматов, а не двух, как у протонов и нейтронов. Они также могут представлять собой сгустки «супа», состоящего из равных количеств u-, d- и s-кварков. Некоторые ученые допускают, что страпельки могут достигать астрономических размеров. Кроме того, предполагается, что их столкновение с обычными атомными ядрами спровоцирует превращение последних в такие же страпельки, что вызовет цепную реакцию. Такое явление легло в основу гипотетического сценария уничтожения Земли большим адронным коллайдером, что, однако, признано невозможным.