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宇宙中有自由胶子吗?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-03-20 11:34:13

自由夸克和胶子在宇宙大爆炸诞生后不久就存在了。当时宇宙的直径只有几十公里——大约一个大城市的大小。今天,自由胶子很可能存在于中子星的核心中。质量在太阳8 - 25倍之间的重恒星,在消耗完所有燃料后,会在自身引力下坍塌。

塌缩会导致恒星外层的所有物质落在一个固态的铁核上。当加速下落的物质的速度最终超过该物质中的声速时,就会触发冲击波。冲击波会在被称为2型超新星的爆炸中摧毁恒星。这次爆炸的残留物要么是黑洞,要么是中子星。

如果残骸是一颗中子星,它的半径只有几公里。在它的核心,引力将强大到足以把一个核子压缩成它的组成部分。像质子或中子这样的核子是由夸克和胶子等基本粒子组成的复合粒子。约91%的核子质量来自于夸克和胶子在非常小的体积内的约束和运动。

这是强核力的一种特殊性质,它在低能量或长距离时变得更强。这就导致了夸克和胶子被限制在一个非常小的体积内。在过去的10年里,人们在粒子加速器中观察到一种由夸克和胶子组成的等离子体,这种等离子体是由金和铅的高能离子束相互碰撞产生的。

在中子星的核心,引力是如此之强,以至于它可以做同样的事情——粉碎核子,释放夸克和胶子。据预测,由于夸克携带库仑电荷,它们可能配对形成库珀对。这些对可以经过随后的冷凝形成无电阻携带电流的超流体。

许多中子星以非常精确的时间间隔周期性地发射无线电波脉冲。当一颗恒星坍缩成中子星时,随着其重力,其磁场也会变得非常强。恒星毁灭后形成的星云留下了大量的气体,主要由氢和氦组成,但也存在较重的元素。中子星强大的引力将这些物质吸引回恒星。

当这些物质落在表面时,就会形成吸积盘的形状,这些物质与中子星磁场的相互作用会产生强大的无线电波喷流。如果这些喷流指向地球的方向,那么在中子星绕轴旋转时,射电喷流会扫过地球2次。

通过观测这些射电脉冲,可以收集到有关中子星核心的一些信息。在未来的几年里,随着更强大的射电望远镜的投入使用,人们可能会发现在一个旋转的中子星的核心中存在着自由夸克和胶子。
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