Сверхплотное вещество

Другая интересная проблема (в смысле задача) связана с тем, что высокие плотности приводят к превращениям элементарных частиц. Грубо это можно сформулировать так: из чего состоит нейтронная звезда? Наивный ответ – из нейтронов. А это может быть совсем не так. Представьте, вы пришли в студенческую столовую, там написано «Котлета говяжья». Вы по простоте душевной думаете: «Ага, она сделана из говядины». Но не все так просто. Может и из говядины, а может – и нет, может – совсем чуть‑чуть. Точно так же и с нейтронной звездой. Действительно, есть модели, где нейтронная звезда процентов на 80 действительно состоит из нейтронов – это самые старые консервативные модели. Но может быть, что нейтронов в нейтронной звезде процентов 20, может быть, 30, а все остальное – какие‑то другие частицы, примерно как в той самой котлете. Происходит это потому, что при сжатии вещества – а в нейтронной звезде вещество сильно сжимается тяготением звезды; звезда сама на себя давит, и в ее центре плотность может превосходить плотность атомного ядра раз в 10 – начинаются всякие чудеса.

В лабораториях мы не можем подобраться к таким экстремальным параметрам. Самое большее, что мы можем сделать в лабораториях, – это разогнать ядро на ускорителе и ударить его о стенку или о другое летящее навстречу ядро. На короткое время у нас возникнет горячая, очень плотная среда. Но сделать холодную очень плотную среду да вдобавок еще и устойчивую, чтобы ее можно было детально изучать, в лаборатории невозможно. В нейтронных звездах это существует само собой.

В результате в недрах нейтронных звезд могут существовать довольно экзотические формы вещества. Самое экзотичное, наверное, кварковое. Все знают, что протоны и нейтроны – это не целые частицы, а составные. Они состоят из кварков – каждый из трех. Но выдернуть одиночный кварк из нейтрона или протона невозможно. Если вы все‑таки попробуете, то вам придется затратить настолько много энергии, что появятся новые частицы: кварк и антикварк. Новый кварк останется в протоне или нейтроне, а антикварк прицепится к вытягиваемому вами кварку, образовав мезон – составную частицу. И поэтому в обычной ситуации свободных кварков не бывает. Но можно пойти совершенно от противного и начать протоны и нейтроны сдавливать. И тогда кварки, которые были заперты в индивидуальных хозяйствах нейтронов и протонов, при большом давлении вдруг станут свободными, образуется такой кварковый колхоз. Вот это и есть кварковое вещество. Это очень интересная гипотеза с интересными следствиями. По всей видимости, единственное место в природе, где такая любопытная штуковина может существовать, – это как раз недра нейтронных звезд.