För närvarande, det tyngsta elementet i det periodiska systemet är oganesson, som har en atommassa på 294 och namngavs officiellt 2016. Liksom alla element i det periodiska systemet, nästan hela Oganessons massa kommer från protoner och neutroner (typer av baryoner) som själva är gjorda av tre kvarkar vardera. En avgörande egenskap hos all känd baryonisk materia är att dess kvarker är så hårt bundna av den starka kraften att de är oskiljaktiga. Eftersom partiklar gjorda av bundna kvarkar (såsom protoner och neutroner) kallas hadroner, forskare hänvisar till baryonisk materiens grundtillstånd som "hadronic materia".

Men oganesson kan vara en av de sista i sitt slag. I ett nytt papper, forskare förutspår att element med massor större än cirka 300 kan vara sammansatta av fritt flödande "upp" och "ner" kvarker - samma typ som protoner och neutroner är gjorda av, men dessa kvarkar skulle inte vara bundna till trillingar. Forskarna förutspår att denna typ av materia, kallade "upp ned kvarkfråga, "eller udQM, skulle vara stabil för extremt tunga element som kan existera strax efter slutet av det nuvarande periodiska systemet. Om den kunde produceras på jorden, kvarkmaterial har potential att användas som en ny energikälla.

Möjligheten att tungt baryoniskt material har ett udQM -grundtillstånd snarare än ett hadroniskt beskrivs i en artikel publicerad i Fysiska granskningsbrev av University of Toronto fysiker Bob Holdom, Jing Ren, och Chen Zhang.

Tanken att någon form av kvarkämne kan utgöra grundtillståndet för baryonisk materia är inte ny. I en berömd tidning från 1984, fysikern Edward Witten föreslog att konstig kvarkämne (SQM) kan fylla denna roll. Dock, SQM består av jämförbara belopp om upp, ner, och konstiga kvarker. Ett av de nya resultaten från den senaste studien är att kvarkämne utan konstiga kvarkar, d.v.s. udQM, har lägre bulkenergi per baryon än antingen SQM eller hadronic materia, vilket gör det energiskt fördelaktigt.

"Fysiker har letat efter SQM i decennier, "berättade forskarna Phys.org . "Från våra resultat, många sökningar kan ha letat på fel ställe. ... Det är en ganska grundläggande fråga att svara på:Vad är det lägsta energitillståndet av ett tillräckligt stort antal kvarker? Vi hävdar att svaret inte är kärnämne eller konstig kvm, utan snarare udQM, ett tillstånd som består av nästan masslösa upp och ner -kvarker. "

Tanken att kvarkmaterial kan ligga strax utanför det periodiska systemet är något överraskande eftersom, i allmänhet, kvarkmaterial antas existera endast i extrema miljöer, såsom neutronstjärnornas kärnor, tunga jonkolliderare, hypotetiska kvarkstjärnor, och inom de första millisekunderna i det tidiga universum. När den produceras i en kolliderare, kvarkämne sönderfaller vanligtvis inom en bråkdel av en sekund till stabil hadronic materia (med bundna kvarker).

Fysikerna hoppas att om den minsta massan av element med ett udQM -grundtillstånd inte är mycket mer än 300, det kan vara möjligt att producera denna nya form av stabil materia genom att smälta ihop några av de andra tunga elementen. De förväntar sig att en av utmaningarna kommer att vara att leverera tillräckligt med neutroner i reaktionen, men den udQM kan vara lättare att producera än SQM. En anledning till deras optimism är att de nya resultaten pekar på att det finns en "stabilitetskontinent" - en stor region där udQM kan ha den mest stabila konfigurationen, som kan vägleda framtida produktionsförsök.

Om det är svårt att producera udQM forskarna noterar att det också kan sökas efter på jorden, eftersom den kan komma via kosmiska strålar och sedan fastna i normal materia. I framtiden, forskarna planerar att undersöka möjligheten att söka efter kvarkämne, både på jorden och på mer avlägsna platser.

"Vi skulle vilja veta mer om överflödet av kvarkämne i universum, "sa forskarna." Vi tittar alltså på omvandlingsfrekvensen för kärnämne till udQM inuti neutronstjärnor. Vi skulle också vilja identifiera de sökningar efter SQM som är mest relevanta för udQM. Det är då av intresse att överväga hur dessa sökningar kan förbättras och/eller utökas. "

Om forskare kunde producera eller hitta kvarkfrågor av något slag, en mycket spännande potentiell tillämpning är energiproduktion.

"Att veta bättre var man ska leta efter udQM kan då hjälpa till att uppnå en gammal idé, att använda kvarkämne som en ny energikälla, "sa forskarna." Om kvarkämne hittas (eller produceras i acceleratorer), den kan lagras och sedan matas med långsamma neutroner eller tunga joner. Absorptionen av dessa partiklar innebär en lägre totalmassa och därmed frigörande av energi, mestadels i form av gammastrålning. Till skillnad från kärnfusion, Detta är en process som ska vara lätt att starta och kontrollera. "

© 2018 Phys.org