奇异夸克或不存在(图)

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和太阳核心处相比,在中子星(爆炸的中等重量恒星的残骸)内部,压力会攀升几万亿亿倍。几十年来,一些理论物理学家推测,在这些条件下,一种奇怪的物质可能出现:被称为夸克的亚原子粒子汤。如今,一项最新分析显示,这种汤的“配方”——冷夸克物质需要修正。如果正确的话,它表明地球上的粒子加速器可能产生稳定的夸克物质。它还会使假想粒子——奇异滴彻底完蛋。散布恐惧者曾宣称,奇异滴会摧毁世界。

在中心处,超新星残骸含有被认为含有夸克物质汤的中子星。最新研究表明,这种汤可能缺少奇异夸克。图片来源: (X-RAY) NASA/CXC/UNIVERSITY OF AMSTERDAM/N. REA ET AL.; (OPTICAL)DSS

原子核包括质子和中子。后两者本身又包含3种形式的由强核力紧紧束缚在一起的上下夸克——粒子6种“味道”中的两种。自上世纪70年代起,一些理论家预测,在像中子星核心处这样的极端压力下,夸克可能摆脱强力链,产生由冷夸克物质构成的汤。他们还预言,这种汤的“配方”和质子、中子的成分不同。这些计算表明,为使能量最小化,夸克物质应当包括第3种“味道”的夸克,即奇异夸克。

尽管奇异夸克只在瞬间出现——通常产生于粒子加速器内部的碰撞,但计算表明,此类物质可能拥有比普通核物质更低的能量。这意味着奇异夸克物质的微粒——奇异滴可能是稳定的,并且原则上普通原子核能变成它们。这种转变需要上下夸克同时转换成奇异夸克,而这在宇宙现有的年龄段内是不可能自然发生的事情。但在宇宙射线或者激烈的天体物理事件中产生的奇异滴可能无限期存活下来。科学家通过多种方式寻找它们,但一直无疾而终。 如今,加拿大多伦多大学核理论家Bob  Holdom和同事表示,他们对夸克如何通过量子效应改变空间真空能量(夸克物质总能量的关键组成部分)本身进行了更好估测,从而消除了奇异夸克物质的存在。

“我们的模型使我们得以看到真空能量如何依赖于夸克的‘味道’。”Holdom介绍说。在模型中混入奇异夸克造成了比此前认为的更大的能量损耗。这种损耗是如此之高,以至于冷夸克物质应当仅包含上下夸克。研究人员在日前出版的《物理评论快报》上报告了这一发现。