Σωματιδιακή φυσική

Μια νέα μορφή της ύλης μπορεί να βρίσκεται πέρα ​​από τον περιοδικό πίνακα

Written by Δ.Μ.

Επί του παρόντος, το βαρύτερο στοιχείο του περιοδικού πίνακα είναι το Ογκανέσσιο (Oganesson), το οποίο έχει ατομική μάζα A=294 και ατομικό αριθμό Z=118, με χημικό σύμβολο Og. όπως ονομάστηκε έτσι επίσημα από το 2016. Όπως και σε κάθε στοιχείο του περιοδικού πίνακα, σχεδόν όλη η μάζα του προέρχεται από τα πρωτόνια και νετρόνια, που αποτελούνται από τρία κουάρκ το κάθε ένα. Ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό όλων των γνωστών βαρυονικών υλικών είναι ότι τα κουάρκ τους είναι συνδεδεμένα τόσο σφιχτά από την ισχυρή πυρηνική δύναμη που είναι αδιαχώριστα. Καθώς τα σωματίδια που είναι κατασκευασμένα από δεσμευμένα κουάρκ (όπως είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια) ονομάζονται αδρόνια, γι αυτό και οι επιστήμονες αναφέρονται στην βασική κατάσταση της βαρυονικής ύλης ως «αδρονική ύλη».

Share

Επί του παρόντος, το βαρύτερο στοιχείο του περιοδικού πίνακα είναι το Ογκανέσσιο (Oganesson), το οποίο έχει ατομική μάζα A=294 και ατομικό αριθμό Z=118 (της 7ης περιόδου και το πρώτο τεχνητό μέλος της Ομάδας 18), με χημικό σύμβολο Og. όπως ονομάστηκε έτσι επίσημα από το 2016. Όπως και σε κάθε στοιχείο του περιοδικού πίνακα, σχεδόν όλη η μάζα του προέρχεται από τα πρωτόνια και νετρόνια, που αποτελούνται από τρία κουάρκ το κάθε ένα. Ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό όλων των γνωστών βαρυονικών υλικών είναι ότι τα κουάρκ τους είναι συνδεδεμένα τόσο σφιχτά από την ισχυρή πυρηνική δύναμη που είναι αδιαχώριστα. Καθώς τα σωματίδια που είναι κατασκευασμένα από δεσμευμένα κουάρκ (όπως είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια) ονομάζονται αδρόνια, γι αυτό και οι επιστήμονες αναφέρονται στην βασική κατάσταση της βαρυονικής ύλης ως «αδρονική ύλη».

udqmΤα νέα θεωρητικά αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι το udQM μπορεί να έχει μια σταθερή διαμόρφωση στην «ήπειρο της σταθερότητας», υποδεικνύοντας έτσι ότι οι αναζητήσεις θα πρέπει να γίνονται  στην περιοχή με μεγάλη μάζα Α (> 300) και αρκετά μεγάλο φορτίο Z, με Z / A ~ 0,3. 

Αλλά το στοιχείο Ογκανέσσιο μπορεί να είναι ένα από τα τελευταία του είδους του. Σε μια νέα δημοσίευση, οι επιστήμονες προβλέπουν ότι στοιχεία με μάζες μεγαλύτερες από, περίπου, 300 μπορεί να αποτελούνται από ελεύθερα ρέοντα κουάρκ «up» και «down”, το ίδιο είδος από τα οποία φτιάχνονται τα πρωτόνια και νετρόνια, αλλά αυτά τα κουάρκ δεν θα δεσμεύονται σε τριπλέτες. Οι επιστήμονες προβλέπουν ότι αυτός ο τύπος ύλης , που ονομάζεται «up down quark matter», ή udQM, θα είναι σταθερός για εξαιρετικά βαριά στοιχεία που μπορεί να υπάρχουν λίγο πέρα ​​από το τέλος του τρέχοντος περιοδικού πίνακα. Αν μπορούσε να παραχθούν στη Γη, ύλη από κουάρκ θα έχει την δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί ως νέα πηγή ενέργειας.

Η πιθανότητα ότι η βαριά βαρυονική ύλη έχει μάλλον μια udQM βασική κατάσταση παρά την βαρυονική, έχει περιγραφεί σε μια δημοσίευση στο περιοδικό Physical Review Letters από τους φυσικούς του Πανεπιστημίου του Τορόντο, Bob Holdom, Jing Ren και Chen Zhang.

Η ιδέα ότι κάποιο είδος ύλης από κουάρκ μπορεί να σχηματίσει την βασική κατάσταση της βαρυονικής ύλης δεν είναι καινούργια. Σε ένα διάσημο βιβλίο από το 1984, ο φυσικός Edward Witten πρότεινε ότι το ύλη παράξενου κουάρκ (SQM) θα μπορούσε να εκπληρώσει αυτόν τον ρόλο. Ωστόσο, το SQM αποτελείται από συγκρίσιμα ποσά από up, down και παράξενα κουάρκ. Ένα από τα νέα αποτελέσματα της τελευταίας μελέτης είναι ότι η ύλη από κουάρκ, χωρίς να έχει παράξενα κουάρκ, δηλαδή το udQM, έχει χαμηλότερη ενέργεια ανά βαρυόνιο, είτε από το SQM (με παράξενα κουάρκ) είτε από την αδρονική ύλη, καθιστώντας την από ενεργειακής άποψης ευνοϊκή.

«Οι φυσικοί έχουν ψάξει για ύλη SQM εδώ και δεκαετίες», ανέφεραν οι ερευνητές . «Από τα αποτελέσματά μας βλέπουμε ότι πολλές αναζητήσεις μπορεί να έγιναν σε λάθος μέρος … Ένα αρκετά βασικό ερώτημα για απάντηση είναι: Ποιά είναι η χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση ενός αρκετά μεγάλου αριθμού κουάρκ; Υποστηρίζουμε ότι η απάντηση δεν είναι πυρηνική ουσία ή το παράξενο SQM, αλλά μάλλον το udQM, μια κατάσταση αποτελούμενη από σχεδόν άμαζα κουάρκ πάνω και κάτω «.

Η ιδέα ότι ύλη από κουάρκ μπορεί να βρίσκεται ακριβώς πέρα ​​από το περιοδικό πίνακα είναι κάπως περίεργη γιατί γενικά η ουσία κουάρκ θεωρείται ότι υπάρχει μόνο σε ακραία περιβάλλοντα, όπως οι πυρήνες των άστρων νετρονίων, σε συγκρούσεις βαρέων ιόντων, σε αστέρια υποθετικών άστρων από κουάρκ και τις πρώτες πρώτες στιγμές του πρώιμου κόσμου. Όταν παράγεται σε ένα επιταχυντή, το κουάρκ συνήθως αποσυντίθεται μέσα σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου σε σταθερή ύλη (ύλη με δεσμευμένα κουάρκ).

Αν και η παραγωγή του udQM παρουσιάζει δυσκολίες, οι ερευνητές σημειώνουν ότι μπορεί επίσης να αναζητηθεί στη Γη, καθώς μπορεί να φτάσει μέσω κοσμικών ακτίνων και στη συνέχεια να παγιδευτεί μέσα στην κανονική ύλη. Στο μέλλον, οι ερευνητές σκοπεύουν να διερευνήσουν τη δυνατότητα αναζήτησης της ύλης από κουάρκ, τόσο στη Γη όσο και σε πιο απομακρυσμένες τοποθεσίες.

«Θα θέλαμε να μάθουμε περισσότερα για την αφθονία της ύλης από κουάρκ στο σύμπαν», ανέφεραν οι ερευνητές. «Εξετάζουμε λοιπόν το ρυθμό μετατροπής της πυρηνικής ύλης σε udQM μέσα στα αστέρια νετρονίων. Θα θέλαμε επίσης να εντοπίσουμε τις αναζητήσεις για την SQM που είναι πιο σχετικές με το udQM και είναι ενδιαφέρον να εξετάσουμε πώς θα μπορούσαν να βελτιωθούν αυτές οι αναζητήσεις. »

Εάν οι επιστήμονες θα μπορούσαν να παράγουν ή να βρουν τέτοια ύλη από κουρκ κάθε είδους, μια πολύ ενδιαφέρουσα πιθανή εφαρμογή τους θα είναι η παραγωγή ενέργειας.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share