Страпелька – это теоретическая частичка (кусочек) объекта, веществом которого является «странная материя». Данную материю образуют:
- адроны, включающие в себя «странные кварки»,
- кварковое вещество, которое в своем составе имеет равное содержание странных, верхних и нижних кварков.
По одной из версий странная материя в космосе может играть роль «темной материи».
Синонимом слова страпелька является слово странглет.
Согласно теории страпельки возникают тогда, когда в тяжелой нейтронной звезде происходит коллапс, и давление достигает таких значений, что электроны сливаются с протонами в ядрах атомов. Дальнейший коллапс этой звезды порождает некий плотный квантовый пузырь, который называют странной материей.
Имеются теории в которых страпелька больших размеров способна трансформировать ядро атома в другую страпельку, при столкновении с ним. Полученная страпелька, сталкиваясь с другими ядрами атомов, может породить цепную реакцию. Эта цепная реакция способна превратить всю материю планеты в странную.
Странная материя
Опыты по поиску свободных кварков в 60-70 годы XX века указали на то, что они не способны существовать в свободном состоянии и имеются исключительно внутри адронов. Так, был определён принцип невылетания кварков (конфайнмент). Но в конце XX получены сведения о существовании в природе кваркового вещества (кварковые звезды).
Можно выделить два вида кваркового вещества:
- Странная кварковая материя, содержащая $u-, d-, s-$ кварки. Цветовое равновесие материи установлено слабым взаимодействием.
- Нестранная кварковая материя, не содержащая странных кварков. Этот вид материи является нестабильным.
Теоретические расчеты показали, что странные кварки способны обеспечить стабильность странной материи, если их масса $m_s\leq 300 $МэВ.
Самые мелкие частицы странной материи носят названия страпелек (или странглетов). Полагают, что в странной кварковой материи происходит деконфайнмент кварков.
В $u-, d-$ системе идет процесс перехода в $s-$ кварки до тех пор, пока энергии Ферми у всех ароматов не станут равными. В этом случае странная кварковая материя имеет энергию, приходящуюся на единицу барионного числа меньшую, чем ядрах примерно на 10%. При росте массы странного кварка данная разница уменьшается.
Если будет найдена стабильная странная кварковая материя, то можно будет сказать, что она – это основное состояние вещества, в ней все ядра атомов возбуждены и могут служить источниками энергии.
Странная кварковая материя может быть темной материей Вселенной. Это означает, что 90% вещества составлено из кварковой материи.
Физические свойства странной кварковой материи
Предположительно, кварковая материя является вырожденным Ферми – газом, который от вакуума отделяет фазовая граница.
Кварков в материи настолько много, что приближение Ферми – газа является справедливым, но недостаточным для пренебрежения поверхностными эффектами. Полагают, что для больших барионных чисел поверхностное напряжение приблизительно равно 1МэВ.
Если размеры странной кварковой материи велики, то ее заряд может быть компенсирован внутренними электронами.
Странная кварковая материя способна поглощать нуклоны с выделением энергии.
Можно указать три вида кварковой материи, имеющей разные свойства:
- При $A$ > $10^7$ может существовать странная кварковая материя в большом объеме. Количество кварков примерно равное. Странная материя может быть стабильной.
- При $10^2$
- При $A$
Странные кварки концентрируются в страпельках около центра.
Свойства страпелек
Барионной число странглетов в кварковой материи лежит в интервале $10^2\leq A\leq 10^7$.
Радиус странглета примерно $R \approx 5-200$ Фм, что значительно меньше Комптоновской длины волны электрона. Странглеты обладают положительным электрическим зарядом. В большем числе случаев считают, что заряд имеет равномерное распределение внутри сферы радиуса $R$. Плотность заряда много меньше, чем в ядре. Заряд страпельки может быть много больше, чем заряд ядра. Предельным значением заряда странглета считают $Z\approx 10^3$.
Страпельку можно сравнить с ядром, которое окружено облаком электронов и имеет вид очень тяжелого атома.
Странглеты способны к радиоактивному распаду. Конкретный канал распадов страпелек зависит от кваркового состава странглета.
Странглеты, которые возникают в кварковых звездах или из кваркового вещества в нейтронных звездах, должны обладать составом близким к странной квантовой материи в большом объеме и включать электроны. Эти страпельки с барионным числом большим критического должны быть стабильными.
Предполагают, что для всех страпелек, которые находятся не в минимуме гиперзаряда могут проходить слабые радиационные распады.
Гипотетические источники страпелек
Ученые предполагают наличие странглетов в первичных космических лучах. Следовательно, источниками их возникновения могут служить:
- кварковые звезды,
- нейтронные звезды, имеющие кварковые ядра.
Странная кварковая материя может порождаться в нейтронных звездах в виде продукта кварк-глюонной плазмы. Тогда кварковая звезда может служить промежуточной фазой ее эволюции из нейтронной звезды в черную дыру.
Трансформация нейтронной звезды в кварковую идет с выделением энергии через испускание $\nu$ и $\gamma$. Считается, что кварковая фаза появляется сразу за образованием нейтронной звезды. При этом можно наблюдать нейтринный поток с быстрым всплеском и хвостом.
Страпельки в космических лучах могут появляться в результате:
- столкновения нейтронных звезд,
- взрыва сверхновых,
- испускания лучей пульсарами.
При испускании космических лучей пульсарами странглеты получают довольно большую энергию.
