مادة غريبة

المادة الغريبة ، أو مادة الكواركات الغريبة (SQM)، هي شكل مفترض من مادة الكواركات يحتوي على أعداد متساوية تقريبًا من الكواركات العلوية والسفلية والغريبة . في فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية، يُستخدم هذا المصطلح في سياقين متميزين:

1. بيئة الضغط العالي: تتنبأ نماذج فيزياء الجسيمات القياسية بأنه عندما يتم ضغط المادة الهادرونية التقليدية (مثل تلك الموجودة داخل النجوم النيوترونية ) إلى ما بعد كثافة حرجة، تتفكك البروتونات والنيوترونات إلى سائل غير محصور من الكواركات. عند كثافة عالية بما يكفي، من المتوقع أن تشكل هذه المادة طورًا فائق التوصيل اللوني . ^{[ 1 ]}
2. استقرار الضغط الصفري: تقترح فرضية المادة الغريبة الأكثر تخمينًا (أو فرضية بودمر-ويتن) أن مادة الكواركات الغريبة هي الحالة الأرضية المطلقة لجميع المواد، مما يجعلها أكثر استقرارًا بشكل أساسي من نوى الذرات العادية. ^{[ 2 ]}

وفقًا لفرضية المادة الغريبة، فإن المادة العادية مستقرة مؤقتًا فقط على نطاق زمني كوني. وتبقى سليمة ببساطة لأن تحولها إلى مادة غريبة يتطلب حقنة أولية هائلة وغير محتملة من الطاقة. إذا صحت هذه الفرضية، فقد توجد قطرات معزولة من المادة الغريبة بشكل مستقر عند انعدام الضغط الخارجي. وتتراوح أحجام هذه القطرات من تجمعات دون مجهرية تُسمى الجسيمات الغريبة إلى أجرام فلكية كبيرة تُعرف باسم نجوم الكواركات (أو النجوم الغريبة).

في فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية ، يُستخدم مصطلح "المادة الغريبة" في سياقين مختلفين، أحدهما أوسع والآخر أكثر تحديدًا وافتراضيًا: ^{[ 3 ] [ 4 ]}

1. في سياق أوسع، يتنبأ فهمنا الحالي لقوانين الطبيعة بإمكانية تكوّن المادة الغريبة عندما تُضغط المادة النووية (المكونة من بروتونات ونيوترونات ) إلى ما يتجاوز كثافة حرجة. عند هذا الضغط والكثافة الحرجة، تتفكك البروتونات والنيوترونات إلى كواركات، مما ينتج عنه مادة الكواركات ، وربما المادة الغريبة.
2. تتمثل فرضية أكثر تحديدًا في أن مادة الكواركات الغريبة هي الحالة الأرضية الحقيقية لجميع المواد، وبالتالي فهي أكثر استقرارًا من المادة النووية العادية. تُعرف هذه الفكرة باسم "فرضية المادة الغريبة"، أو فرضية بودمر - ويتن . ^{[ 5 ] [ 6 ]} وبموجب هذه الفرضية، فإن أنوية الذرات التي نراها من حولنا تكون شبه مستقرة فقط ، حتى عندما يكون الضغط الحرج الخارجي صفرًا، ومع مرور الوقت الكافي (أو وجود المحفز المناسب)، ستتحلل الأنوية إلى قطرات مستقرة من المادة الغريبة. تُعرف قطرات المادة الغريبة أيضًا باسم "السترينجليت".

في السياق العام، قد تتواجد المادة الغريبة داخل النجوم النيوترونية، إذا كان الضغط في نواتها مرتفعًا بما يكفي لتوفير قوة جاذبية كافية (أي أعلى من الضغط الحرج). عند الكثافات والضغوط العالية المتوقعة في مركز النجم النيوتروني، من المرجح أن تكون مادة الكواركات مادة غريبة. وقد تكون مادة كواركات غير غريبة، إذا كانت الكتلة الفعالة للكوارك الغريب مرتفعة جدًا. أما كواركات السحر والكواركات الأثقل فلا تتواجد إلا عند كثافات أعلى بكثير.

تنشأ المادة الغريبة كوسيلة لتخفيف ضغط الانحلال . يمنع مبدأ استبعاد باولي الفرميونات، مثل الكواركات، من شغل نفس الموضع ومستوى الطاقة. عندما تكون كثافة الجسيمات عالية بما يكفي بحيث تكون جميع مستويات الطاقة الأدنى من الطاقة الحرارية المتاحة مشغولة، فإن زيادة الكثافة تتطلب رفع بعضها إلى مستويات طاقة أعلى غير مشغولة. هذه الحاجة إلى الطاقة لإحداث الانضغاط تتجلى كضغط. تتكون النيوترونات من ضعف عدد الكواركات السفلية (شحنتها -1/3 e ) مقارنةً بالكواركات العلوية (شحنتها +2/3 e ) ، لذا فإن ضغط انحلال الكواركات السفلية عادةً ما يهيمن على المادة الكواركية المتعادلة كهربائيًا. مع ذلك ، عندما يكون مستوى الطاقة المطلوب مرتفعًا بما يكفي ، يصبح هناك بديل متاح: يمكن تحويل نصف الكواركات السفلية إلى كواركات غريبة ( شحنتها -1/3 e ) . إن الكتلة السكونية الأعلى للكوارك الغريب تكلف بعض الطاقة، ولكن من خلال فتح مجموعة إضافية من مستويات الطاقة، يمكن أن يكون متوسط ​​الطاقة لكل جسيم أقل، ^{[ 3 ] : 5} مما يجعل المادة الغريبة أكثر استقرارًا عند هذه الضغوط العالية مقارنة بمادة الكوارك غير الغريب.   

يُطلق على النجم النيوتروني ذي النواة المكونة من مادة الكواركات غالبًا اسم النجم الهجين ^{[ 3 ] [ 4 ]} . مع ذلك، يصعب الجزم بوجود النجوم الهجينة في الطبيعة، نظرًا لقلة المعلومات المتوفرة لدى الفيزيائيين حاليًا حول القيمة المحتملة للضغط أو الكثافة الحرجة. يبدو من المعقول أن يكون التحول إلى مادة الكواركات قد حدث بالفعل عندما تصبح المسافة بين النيوكليونات أصغر بكثير من حجمها، وبالتالي يجب أن تكون الكثافة الحرجة أقل من حوالي 100 ضعف كثافة التشبع النووي. لكن لا يوجد تقدير أكثر دقة حتى الآن، لأن التفاعل القوي الذي يحكم سلوك الكواركات معقد رياضيًا، كما أن الحسابات العددية باستخدام نظرية الكروموديناميكا الكمية الشبكية (QCD) تواجه حاليًا مشكلة إشارة الفرميون .

أحد المجالات الرئيسية للنشاط في فيزياء النجوم النيوترونية هو محاولة إيجاد بصمات قابلة للملاحظة يمكننا من خلالها معرفة ما إذا كانت النجوم النيوترونية تحتوي على مادة الكوارك (ربما المادة الغريبة) في نواتها.

أثناء اندماج نجمين نيوترونيين، قد تُقذف مادة غريبة إلى الفضاء المحيط بالنجمين، مما قد يتيح دراسة هذه المادة. مع ذلك، فإن معدل تحلل المادة الغريبة غير معروف، كما أن عدد أزواج النجوم النيوترونية الثنائية القريبة من النظام الشمسي قليل جدًا، مما قد يجعل الاكتشاف الرسمي للمادة الغريبة أمرًا بالغ الصعوبة.

إذا صحت " فرضية المادة الغريبة "، فإن المادة النووية تكون شبه مستقرة ولا تتحلل إلى مادة غريبة. عمر التحلل التلقائي طويل جدًا، لذا لا نرى هذه العملية تحدث من حولنا. ^{[ 6 ]} ومع ذلك، وفقًا لهذه الفرضية، ينبغي أن توجد مادة غريبة في الكون.

1. تتكون النجوم الكواركية (التي تُسمى غالبًا "النجوم الغريبة") من مادة الكواركات من نواتها إلى سطحها. ويبلغ قطرها عدة كيلومترات، وقد يكون لها قشرة رقيقة جدًا من المادة النووية. ^{[ 4 ]}
2. الجسيمات الغريبة هي قطع صغيرة من المادة الغريبة، ربما بحجم النوى. وتنتج عند تشكل النجوم الغريبة أو اصطدامها، أو عند تحلل النواة. ^{[ 3 ]}

• المادة الغريبة – مصطلح فيزيائي يشير إلى مفاهيم متعددة 
• نجم الكوارك – نجم غريب مضغوط يتكون من مادة تتألف في الغالب من الكواركات 
• الغرابة وبلازما الكوارك-غلوون – بصمة دون ذرية
• سترينجليت - نوع من الجسيمات الافتراضية 
• الكوارك – جسيم أولي، مكون أساسي للمادة 
• مادة الديناميكا اللونية الكمومية – أطوار افتراضية للمادة