Assunto estranho - Strange matter
Matéria estranha (ou matéria quark estranha ) é a matéria quark que contém quarks estranhos . Na natureza, supõe-se que a matéria estranha ocorre no núcleo de estrelas de nêutrons ou, mais especulativamente, como gotículas isoladas que podem variar em tamanho de femtômetros ( strangelets ) a quilômetros, como nas hipotéticas estrelas estranhas . Em densidade alta o suficiente, espera-se que matéria estranha seja supercondutora de cor .
A matéria comum , também chamada de matéria atômica, é composta de átomos, com quase toda a matéria concentrada nos núcleos atômicos. A matéria nuclear é um líquido composto de nêutrons e prótons , e eles próprios são compostos de quarks up e down . A matéria de quark é uma forma condensada de matéria composta inteiramente de quarks . Se a matéria quark contém quarks estranhos , é freqüentemente chamada de matéria estranha (ou matéria quark estranha), e quando a matéria quark não contém quarks estranhos, às vezes é chamada de matéria quark não estranha.
Contexto
Em física de partículas e astrofísica , o termo 'matéria estranha' é usado em dois contextos diferentes, um mais amplo e outro mais específico e hipotético:
- Em um contexto mais amplo, nosso entendimento atual das leis da natureza prevê que matéria estranha pode ser criada quando a matéria nuclear (feita de prótons e nêutrons ) é comprimida além de uma densidade crítica. Nessa pressão e densidade críticas, os prótons e nêutrons se dissociam em quarks, produzindo matéria quark e matéria potencialmente estranha.
- O contexto mais específico e hipotético é que a matéria quark pode de fato ser o verdadeiro estado fundamental de toda a matéria e, portanto, mais estável do que a matéria nuclear comum. Essa ideia é conhecida como "hipótese da matéria estranha" ou a hipótese de Bodmer- Witten . Sob essa hipótese, os núcleos dos átomos que vemos ao nosso redor são apenas metaestáveis , mesmo quando a pressão crítica externa é zero, e com tempo suficiente (ou o estímulo certo) os núcleos decairiam em gotículas estáveis de matéria estranha. Gotículas de matéria estranha também são chamadas de strangelets.
Matéria estranha que é estável apenas em alta pressão
No contexto geral, matéria estranha pode ocorrer dentro das estrelas de nêutrons, se a pressão em seu núcleo for alta o suficiente (ou seja, acima da pressão crítica). No tipo de densidades e altas pressões que esperamos no centro de uma estrela de nêutrons, a matéria quark provavelmente seria uma matéria estranha. Pode ser concebível que seja matéria quark não estranha, se a massa efetiva do quark estranho for muito alta. Quarks charme e quarks mais pesados ocorreriam apenas em densidades muito mais altas.
Um assunto estranho surge como uma forma de aliviar a pressão da degenerescência . O princípio de exclusão de Pauli proíbe os férmions, como os quarks, de ocupar a mesma posição e nível de energia. Quando a densidade da partícula é alta o suficiente para que todos os níveis de energia abaixo da energia térmica disponível já estejam ocupados, aumentar a densidade requer ainda o aumento de alguns para níveis de energia mais elevados e desocupados. Essa necessidade de energia para causar compressão se manifesta como pressão. Normalmente, a matéria consiste em duas vezes mais quarks down (carga -1/3 e ) como quarks up (carga +2/3 e ), então a pressão de degeneração dos quarks down domina a matéria quark eletricamente neutra. No entanto, quando o nível de energia necessário é alto o suficiente, uma alternativa se torna disponível: metade dos quarks down podem ser transmutados em quarks estranhos (carga -1/3 e ). A maior massa de repouso do quark estranho custa alguma energia, mas ao abrir um conjunto adicional de níveis de energia, a energia média por partícula pode ser menor, tornando a matéria estranha mais estável do que a matéria quark não estranha.
Uma estrela de nêutrons com núcleo de matéria quark costuma ser chamada de estrela híbrida. No entanto, é difícil saber se estrelas híbridas realmente existem na natureza porque os físicos atualmente têm pouca ideia do valor provável da pressão ou densidade crítica. Parece plausível que a transição para a matéria quark já tenha ocorrido quando a separação entre os núcleos se tornar muito menor do que seu tamanho, então a densidade crítica deve ser menor do que cerca de 100 vezes a densidade de saturação nuclear. Mas uma estimativa mais precisa ainda não está disponível, porque a forte interação que governa o comportamento dos quarks é matematicamente intratável, e os cálculos numéricos usando a rede QCD estão atualmente bloqueados pelo problema do sinal de férmions .
Uma área importante de atividade na física de estrelas de nêutrons é a tentativa de encontrar assinaturas observáveis pelas quais poderíamos dizer se as estrelas de nêutrons têm matéria quark (provavelmente matéria estranha) em seu núcleo.
Matéria estranha que é estável a pressão zero
Se a "hipótese da matéria estranha" for verdadeira, então a matéria nuclear é metaestável contra sua decomposição em matéria estranha. A vida útil para a decadência espontânea é muito longa, então não vemos esse processo de decadência acontecendo ao nosso redor. No entanto, sob esta hipótese, deveria haver matéria estranha no universo:
- As estrelas de quark (freqüentemente chamadas de "estrelas estranhas") consistem em matéria de quark do núcleo à superfície. Eles teriam vários quilômetros de diâmetro e podem ter uma crosta muito fina de matéria nuclear.
- Strangelets são pequenos pedaços de matéria estranha, talvez tão pequenos quanto núcleos. Eles seriam produzidos quando estrelas estranhas são formadas ou colidem, ou quando um núcleo decai.
Veja também
- Matéria exótica - qualquer tipo de matéria não bariônica
- Assunto negativo
- Quark importa
- Estrela de quark - estrela exótica compacta que forma matéria consistindo principalmente de quarks
- Estranheza e plasma de quark-gluon
- Strangelet - Tipo de partícula hipotética
- Quark - partícula elementar
- Matéria QCD - Fases teóricas da matéria cujos graus de liberdade incluem quarks e glúons