기묘체
1. 개요
Strangelet
'''기묘체'''는 천체물리학과 입자물리학에서 예견하는 미지의 물질이다. 일반 물질이 위 쿼크와 아래 쿼크로만 이루어진 것과는 달리, 기묘 쿼크(Strange Quark)를 지니고 있는, 위 쿼크와 아래 쿼크, 기묘 쿼크가 모인 집합체다. 그 크기는 작게는 수 펨토미터에서 크게는 수 미터에 이를 것으로 추정된다.
1984년 에드워드 위튼과 파리와 재프가 처음 제안하였다.[2]. 쿼크 너겟(quark nuggets), 뉴클리어라이트(nuclearite) 혹은 strange quark matter (SQM) 라고도 불린다.
2. 상세
질량이 큰 중성자별의 철로 된 지각 아래에 존재할 것으로 추측되지만, 어디까지나 예측에 지나지 않는다. 일단 위 쿼크와 아래 쿼크, 기묘 쿼크가 1:1:1로 모인 Λ0 바리온으로 예측해 보면 Λ0의 특성상, 그 전기전하는 중성(위 쿼크의 +2/3, 아래 쿼크와 기묘 쿼크의 -1/3이 전기전하를 상쇄), 기묘도는 -1이지만, 고온고압상태인지라, Λ0끼리가 서로 반쯤 융합한, 쿼크와 글루온의 바다에 가까운 상태라고 추측된다.
이론적으로는 중성자별의 고온고압 상황에서, 일반 물질들의 위 쿼크와 아래 쿼크가 높은 에너지에서 안정화 되기 위해서 일부가 기묘 쿼크로 변경되기 때문에 안정적으로 존재할 수 있다고 한다. 단, 기묘 쿼크의 특성상 약한 상호작용에 의해서 자연적으로 베타붕괴와 비슷한 과정을 거쳐서 보다 안정적인 위 쿼크로 붕괴하게 되므로 기묘체를 형성하지 않는 상황에서는 기묘 쿼크는 안정적으로 존재할 수 없다.[3] 쿼크끼리의 상호작용으로 인해 기묘체가 안정적으로 존재하여 암흑물질을 이루고 있다는 가설도 있다. [4]
이 물질은 이론적으로 예측된 성질이 상당히 위험한데, 접촉한 다른 양성자나 중성자의 쿼크와 약력으로 상호작용을 해서, 물질을 강제적으로 기묘체로 변경하는 성질이 예측된다. 기묘체가 안정하고 음전하를 가지고 있다면 일반 물질을 끌여들어 모두를 기묘체로 만들 가능성이 있긴 하지만 그럴 가능성은 낮은 것으로 알려져 있다.
20년 6월 헬싱키 대학 연구원들이 Nature Physics에 이 물질이 실재할 확률이 높다는 연구결과를 발표했다.
[1] 쿠르츠게작트의 영상.[2] E. Farhi and R. Jaffe, "Strange Matter", Phys. Rev. D30, 2379 (1984) E. Witten, "Cosmic Separation Of Phases" Phys. Rev. D30, 272 (1984)[3] 정확히는 Λ0는 $$ W^- $$를 방출하고 양성자로 붕괴하며, 이때 방출되는 $$ W^- $$는 대부분이 π-으로 붕괴하는게 예측되어 있다. 또한, 낮은 확률이지만 $$ W^- $$가 베타붕괴와 동일하게 전자와 양전자-중성미자로 붕괴되는 것도 예측되어 있다.[4] Atreya et al.,"Reviving quark nuggets as a candidate for dark matter", Phys.Rev. D90 045010 (2014)