世界热资讯！奇怪的夸克物质：引力波为宇宙中最密集的物质提供了线索

来源：cnBeta 　2023-05-17 19:37:47

理化学研究所的研究人员在计算中预测，来自合并的中子星的引力波信号中的明显特征可以揭示出在这种合并过程中产生的极端压力下物质会发生什么。打一个比方，如果你拿一些水，用一个活塞将其压缩，它将随着分子被推到一起而缩小。如果你继续加大压力就会达到一个点，在这个点上，原子会崩溃并形成一个由中子和质子组成的超密集的汤。

由两颗中子星之间的合并产生的引力波可以揭示出通过这种合并产生的自由夸克。资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI实验室

日本理化学研究所的研究人员提出，来自中子星合并的引力波信号可能揭示了超密集夸克胶子物质的存在。通过模拟这些合并并分析由此产生的引力波，他们提出，在未来十年内到期的下一代探测器可以证实这一理论。

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宇宙中唯一发生这种情况的地方是中子星，即燃烧殆尽的恒星的坍缩残余物，它产生了令人难以置信的密度--一茶匙这样的材料重达几千亿公斤。

但是，如果你继续进一步增加压力会发生什么？甚至天体物理学家也不知道这个问题的答案。中子星中心的密度比原子核的密度高三到五倍；这是黑洞形成之前可以达到的最高密度。没有人知道在这种极端密度下物质会发生什么。

一种理论认为，中子和质子的超密集汤将分解成夸克和胶子的汤--物质的最基本构成部分。

"一些研究人员认为，夸克相将出现在中子星的中心，"理研天体物理大爆炸实验室的Shigehiro Nagataki说。"但这是一个猜想"。

发现这种奇怪的物质形式是否存在的一个有希望的方法是通过使用引力波探测器观察两个中子星的合并。

如果它确实存在，那么质子和中子在合并过程中如何解体为它们的组成夸克有两种可能性。它们可能经历一个尖锐的转变，就像液态水在正常压力下的沸点变成水蒸气一样。或者可能有一个模糊的转变，类似于水在高于临界点的压力下变成水蒸气的方式。

现在，Nagataki和他的同事们观察到两颗中子星之间的合并，并计算了它们所产生的引力波，以探索第二种可能性。来自中子星合并的引力波的频率通常取决于中子星旋转的速度。较大的中子星通常旋转较慢，反之亦然。研究小组发现，通过分析中子星引力波的频率，应该可以探测中子星中是否存在夸克相。如果它确实存在，引力波也可以揭示夸克相如何出现。

虽然目前的引力波探测器不能探测到这一点，但将在未来十年左右上线的下一代探测器应该能做到。

Nagataki说："想到我们应该能够通过探测引力波来探测这种类型的转变，这真是令人惊讶。"

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