奇异物质

奇异物质（或奇夸克物质）是含有奇夸克的夸克物质。 在自然界中，奇怪的物质被假设存在于中子星的核心，或者更推测地，作为孤立的液滴，其大小可能从飞米（strangelets）到千米不等，就像在假设的奇异恒星中一样。 在足够高的密度下，奇异物质有望具有彩色超导性。

普通物质，也称为原子物质，是由原子组成的，几乎所有的物质都集中在原子核中。 核物质是由中子和质子组成的液体，它们本身又是由上下夸克组成的。 夸克物质是一种完全由夸克组成的凝聚态物质。 当夸克物质不含奇夸克时，它有时被称为非奇夸克物质。

在粒子物理学和天体物理学中，术语“奇异物质”用于两种不同的上下文，一种更广泛，另一种更具体和假设：

• 在更广泛的背景下，我们目前对自然法则的理解预测，当核物质（由质子和中子组成）被压缩到超过临界密度时，可能会产生奇异物质。 在这个临界压力和密度下，质子和中子分解成夸克，产生夸克物质和潜在的奇异物质。
• 一个更具体的假设是，夸克物质是所有物质的真正基态，因此比普通核物质更稳定。 这个想法被称为奇异物质假说，或博德默-威滕假设。 在这个假设下，我们周围看到的原子核只是亚稳态的，即使外部临界压力为零，如果有足够的时间（或正确的刺激），原子核也会衰变成稳定的奇异物质液滴。 奇异物质的液滴也称为奇异子。

在一般情况下，如果中子星核心的压力足够高（即高于临界压力），则奇异物质可能会出现在中子星内部。 在我们预期中子星中心的那种密度和高压下，夸克物质可能是奇异物质。 如果奇夸克的有效质量太高，它可能是非奇异夸克物质。 魅力夸克和重夸克只会在更高的密度下出现。

奇异物质是缓解退化压力的一种方式。 泡利不相容原理禁止诸如夸克之类的费米子占据相同的位置和能级。 当粒子密度足够高以至于低于可用热能的所有能级都已被占据时，进一步增加密度需要将一些能量级提高到更高的未被占据的能级。 这种引起压缩的能量需求表现为压力。 通常情况下，物质包含的下夸克（电荷 -1/3 e）是上夸克（电荷 +2/3 e）的两倍，因此下夸克的简并压力支配电中性夸克物质。 然而，当所需的能量水平足够高时，可以使用替代方案：一半的下夸克可以转变为奇夸克（电荷 -1/3 e）。 奇夸克较高的静止质量会消耗一些能量，但通过打开一组额外的能级，每个粒子的平均能量可以更低，： 5 使得奇物质比非奇夸克物质更稳定。

具有夸克物质核心的中子星通常被称为混合星。 然而，很难知道混合星是否真的存在于自然界中，因为物理学家目前对临界压力或密度的可能值知之甚少。 当核子之间的距离变得比它们的尺寸小得多时，向夸克物质的转变似乎是合理的，因此临界密度必须小于核饱和密度的大约 100 倍。 但目前还没有更精确的估计，因为控制夸克行为的强相互作用在数学上是难以处理的，而使用格子 QCD 的数值计算目前被费米子符号问题所阻碍。

中子星物理学的一个主要活动领域是试图找到可观察到的特征，通过这些特征我们可以判断中子星的核心是否有夸克物质（可能是奇异物质）。

如果奇异物质假说是正确的，那么核物质是亚稳态的，不会衰变为奇异物质。 自发衰变的寿命很长，所以我们看不到这种衰变过程在我们周围发生。 然而，在这个假设下，宇宙中应该存在奇异物质：

• 夸克星（通常称为奇异星）由从核心到表面的夸克物质组成。 它们可能有几公里宽，并且可能有一层非常薄的核物质外壳。
• 斯特拉