|
Цветная сверхпроводящая кварковая материя
|
|
|
|
Описание материи в экстремальных условиях, подобных тем, которые наблюдаются внутри нейтронных звезд, остается нерешенной проблемой. Плотность такого вещества эквивалентна сжатию около 100 000 Эйфелевых башен в один кубический сантиметр. В частности, центральную роль играют свойства так называемой кварковой материи, которая состоит из фундаментальных строительных блоков Вселенной, кварков, и может существовать в областях с чрезвычайно высокой плотностью. Исследователи из Университета Дармштадта и Университета Гете во Франкфурте изучили это вещество и его термодинамические свойства. Их результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
|
|
|
|
Теоретические исследования показывают, что кварки при очень низких температурах переходят в так называемое цветное сверхпроводящее состояние, которое коренным образом изменяет природу вещества. Это состояние аналогично переходу электронного газа в электрический сверхпроводник, за исключением того, что вместо электронов кварки объединяются в пары и создают энергетическую щель в спектре своего возбуждения.
|
|
|
|
Однако, в отличие от обычных сверхпроводников, цветной сверхпроводник обычно проводит электрический ток не без сопротивления, а за счет цветового заряда кварков. Этот заряд в конечном итоге определяет силу взаимодействия между этими элементарными строительными блоками материи.
|
|
|
|
|
|
|
Как спаривание кварков изменяет материю
|
|
|
|
Образование пар кварков и возникающий в результате этого энергетический разрыв фундаментально меняют поведение вещества. Даже относительно слабые эффекты спаривания оказывают значительное влияние на вещество и его термодинамические свойства.
|
|
|
|
Андреас Гайссель, Тайлер Горда и Йенс Браун подробно анализируют эти эффекты. Они вычисляют поправочные коэффициенты, возникающие в результате спаривания кварков и взаимодействий, учитывая при этом специфические условия внутри нейтронных звезд. Это позволяет исследовательской группе определять как термодинамическое давление, так и скорость звука в цветном сверхпроводящем кварковом веществе.
|
|
|
|
Значение для нейтронных звезд
|
|
|
|
Результаты показывают, что цветное сверхпроводящее состояние термодинамически предпочтительнее при высоких плотностях. Более того, это состояние приводит к значительному увеличению скорости звука — прямому показателю механической стабильности вещества. Согласно расчетам, скорость звука в недрах нейтронных звезд может превышать 60% скорости света, то есть более 180 000 километров в секунду. Эта цифра становится еще более впечатляющей по сравнению со скоростью звука в самом твердом земном "повседневном материале" - алмазе, которая в 10 000 раз ниже.
|
|
|
|
Численное моделирование также предполагает, что такие высокие скорости звука необходимы для объяснения стабильности самых массивных известных нейтронных звезд. Работа Гейссела, Горды и Брауна теперь предполагает, что цветная сверхпроводящая материя может быть ключевым компонентом в объяснении массивных нейтронных звезд - и что наблюдения за этими звездами, в свою очередь, могут помочь лучше ограничить энергетическую щель в спектре кварков.
|
|
|
|
Источник
|
