奇妙な物質

ストレンジ物質、またはストレンジクォーク物質（SQM）は、アップクォーク、ダウンクォーク、ストレンジクォークがほぼ同数含まれると仮定されているクォーク物質の一種である。素粒子物理学および天体物理学において、この用語は2つの異なる文脈で用いられる。

1. 高圧環境：標準的な素粒子物理学モデルでは、従来のハドロン物質（中性子星内部など）が臨界密度を超えて圧縮されると、陽子と中性子が解離してクォークの非閉じ込め流体になると予測されています。十分に高い密度では、この物質はカラー超伝導相を形成すると予想されています。^{[ 1 ]}
2. ゼロ圧力安定性：より推測的なストレンジ物質仮説（またはボドマー・ウィッテン仮説）は、ストレンジクォーク物質がすべての物質の絶対基底状態であり、通常の原子核よりも根本的に安定していることを示唆している。^{[ 2 ]}

ストレンジマター仮説によれば、通常の物質は宇宙の時間スケールで一時的に安定しているに過ぎない。ストレンジマターへの変換には、極めて起こりにくい膨大なエネルギーの初期注入が必要となるため、通常の物質はそのままの状態を保っている。この仮説が正しければ、孤立したストレンジマターの液滴は、外部圧力がゼロの状態でも安定して存在できる可能性がある。これらの液滴は、ストレンジレットと呼ばれる超微細なクラスターから、クォーク星（またはストレンジスター）として知られる巨視的な天体まで、様々なスケールで存在する。

素粒子物理学と天体物理学では、「ストレンジマター」という用語は、より広い文脈と、より具体的で仮説的な文脈の 2 つの異なる文脈で使用されます。^{[ 3 ] [ 4 ]}

1. より広い文脈で言えば、現在の自然法則の理解によれば、核物質（陽子と中性子から成る）が臨界密度を超えて圧縮されると、ストレンジマターが生成される可能性があると予測される。この臨界圧力と密度において、陽子と中性子はクォークに解離し、クォーク物質、ひいてはストレンジマターが生成される可能性がある。
2. より具体的な仮説は、ストレンジクォーク物質がすべての物質の真の基底状態であり、したがって通常の核物質よりも安定しているというものです。この考え方は「ストレンジ物質仮説」またはボドマー・ウィッテン仮説として知られています。^{[ 5 ] [ 6 ]}この仮説の下では、私たちの周りにある原子の原子核は、外部臨界圧力がゼロであっても準安定状態であり、十分な時間（または適切な刺激）があれば、原子核は安定したストレンジ物質の液滴に崩壊します。ストレンジ物質の液滴はストレンジレットとも呼ばれます。

一般的に言えば、中性子星の中心部の圧力が十分に高く、十分な重力（すなわち臨界圧力以上）を生み出せる場合、ストレンジ物質は中性子星内部に存在しうる。中性子星の中心部で想定されるような高密度かつ高圧の環境では、クォーク物質は恐らくストレンジ物質であろう。ストレンジクォークの実効質量が大きすぎる場合は、非ストレンジクォーク物質である可能性も考えられる。チャームクォークやそれより重いクォークは、さらに高密度の環境でのみ存在しうる。

ストレンジ物質は縮退圧を緩和する方法として生じます。パウリの排他原理は、クォークなどのフェルミオンが同じ位置とエネルギーレベルを占めることを禁じています。粒子密度が十分に高く、利用可能な熱エネルギーより低いすべてのエネルギーレベルがすでに占有されている場合、密度をさらに増加させるには、一部の粒子をより高い、占有されていないエネルギーレベルに上げる必要があります。圧縮を引き起こすエネルギーの必要性は、圧力として現れます。中性子は、アップクォーク（電荷 + 2 / 3 e）の2倍の数のダウンクォーク（電荷 - 1 / 3 e）で構成されているため、ダウンクォークの縮退圧は通常、電気的に中性のクォーク物質を支配します。しかし、必要なエネルギーレベルが十分に高い場合、別の方法が可能になります。ダウンクォークの半分をストレンジクォーク（電荷 - 1 / 3 e）に変換できます。ストレンジクォークの静止質量が大きいとエネルギーを消費しますが、追加のエネルギー準位を開くことで、粒子あたりの平均エネルギーを低くすることができ、^{[ 3 ] : 5}ストレンジ物質は非ストレンジクォーク物質よりも高圧下で安定します。   

クォーク物質のコアを持つ中性子星は、しばしばハイブリッド星と呼ばれます^{[ 3 ] [ 4 ]}。しかし、物理学者は現在、臨界圧力や密度の可能性のある値についてほとんど考えていないため、ハイブリッド星が実際に自然界に存在するかどうかを知ることは困難です。核子間の距離がそのサイズよりもはるかに小さくなった時点で、クォーク物質への遷移がすでに起こっていることはもっともらしく思われるため、臨界密度は核飽和密度の約100倍未満でなければなりません。しかし、クォークの挙動を支配する強い相互作用は数学的に扱いにくく、格子QCDを使用した数値計算は現在フェルミオンの符号問題によって妨げられているため、より正確な推定値はまだ得られていません。

中性子星物理学における主要な研究分野の一つは、中性子星の中心部にクォーク物質（おそらくストレンジ物質）が存在するかどうかを判断できるような、観測可能な兆候を見つけ出す試みである。

2つの中性子星が合体する際、ストレンジマターが星の周囲の宇宙空間に放出される可能性があり、これによりストレンジマターの研究が可能になるかもしれない。しかし、ストレンジマターの崩壊速度は不明であり、太陽系近傍には連星系の中性子星が非常に少ないため、ストレンジマターの正式な発見は非常に困難となる可能性がある。

「ストレンジマター仮説」が正しいとすれば、核物質はストレンジマターへの崩壊に対して準安定状態にある。自発崩壊の寿命は非常に長いため、私たちの周りでこの崩壊過程が起こるのを目にすることはない。^{[ 6 ]}しかし、この仮説の下では、宇宙にはストレンジマターが存在するはずである。

1. クォーク星（しばしば「奇妙な星」と呼ばれる）は、中心部から表面までクォーク物質で構成されています。直径は数キロメートルで、非常に薄い核物質の地殻を持つ可能性があります。^{[ 4 ]}
2. ストレンジレットは、原子核と同じくらい小さい、奇妙な物質の小さな断片です。これらは、奇妙な星が形成されたり衝突したり、原子核が崩壊したりするときに生成されます。^{[ 3 ]}

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