غريب

الغريب (يُلفظ /ˈstreɪndʒ.lɪt/ ) هو جسيم افتراضي يتكون من حالة مرتبطة بأعداد متساوية تقريبًا من الكواركات العلوية والسفلية والغريبة . والوصف المكافئ هو أن الغريب هو جزء صغير من مادة غريبة ، صغير بما يكفي لاعتباره جسيمًا . يمكن أن يتراوح حجم الجسم المكون من مادة غريبة ، نظريًا ، من بضعة فيمتومتر عبر (مع كتلة نواة خفيفة) إلى كبير بشكل تعسفي. بمجرد أن يصبح الحجم عيانيًا (في حدود الأمتار عبر)، يُطلق على مثل هذا الجسم عادةً اسم نجم غريب . نشأ مصطلح "الغريب" مع إدوارد فارحي وروبرت جافي في عام 1984. وقد تم طرح نظرية مفادها أن الغريب يمكنه تحويل المادة إلى مادة غريبة عند ملامستها. ^[1] كما تم اقتراح الغريب كمرشح للمادة المظلمة . ^[2]

الجسيمات المعروفة التي تحتوي على كواركات غريبة غير مستقرة. ولأن الكوارك الغريب أثقل من الكواركات العلوية والسفلية، فإنه يمكن أن يتحلل تلقائيًا ، عن طريق التفاعل الضعيف ، إلى كوارك علوي. وبالتالي، فإن الجسيمات التي تحتوي على كواركات غريبة، مثل جسيم لامدا ، تفقد غرابتها دائمًا ، عن طريق التحلل إلى جسيمات أخف تحتوي فقط على كواركات علوية وسفلية.

ومع ذلك، فإن الحالات المكثفة التي تحتوي على عدد أكبر من الكواركات قد لا تعاني من هذا عدم الاستقرار. هذا الاستقرار المحتمل ضد الاضمحلال هو " فرضية المادة الغريبة "، التي اقترحها بشكل منفصل أرنولد بودمر ^[3] وإدوارد ويتن ^[4] . وفقًا لهذه الفرضية، عندما يتم تركيز عدد كبير بما فيه الكفاية من الكواركات معًا، فإن أدنى حالة طاقة هي تلك التي تحتوي على أعداد متساوية تقريبًا من الكواركات العلوية والسفلية والغريبة، أي الغريبة. سيحدث هذا الاستقرار بسبب مبدأ استبعاد باولي ؛ وجود ثلاثة أنواع من الكواركات، بدلاً من نوعين كما هو الحال في المادة النووية العادية، يسمح بوضع المزيد من الكواركات في مستويات طاقة أقل.

النواة عبارة عن مجموعة من عدد من الكواركات العلوية والسفلية (في بعض النوى عدد كبير إلى حد ما)، محصورة في ثلاثيات ( نيوترونات وبروتونات ). وفقًا لفرضية المادة الغريبة، تكون الكواركات الغريبة أكثر استقرارًا من النوى، لذلك من المتوقع أن تتحلل النوى إلى كواركات غريبة. لكن هذه العملية قد تكون بطيئة للغاية لأن هناك حاجز طاقة كبير يجب التغلب عليه: عندما يبدأ التفاعل الضعيف في تحويل النواة إلى كواركات غريبة، تشكل الكواركات الغريبة القليلة الأولى باريونات غريبة، مثل لامدا، وهي ثقيلة. فقط إذا حدثت العديد من التحويلات في وقت واحد تقريبًا، فسيصل عدد الكواركات الغريبة إلى النسبة الحرجة المطلوبة لتحقيق حالة طاقة أقل. من غير المرجح أن يحدث هذا، لذلك حتى لو كانت فرضية المادة الغريبة صحيحة، فلن يُرى أبدًا أن النوى تتحلل إلى كواركات غريبة لأن عمرها سيكون أطول من عمر الكون. ^[5]

يعتمد استقرار الخانق على حجمه، وذلك بسبب

• التوتر السطحي عند الواجهة بين مادة الكوارك والفراغ (الذي يؤثر على الجسيمات الغريبة الصغيرة أكثر من الجسيمات الغريبة الكبيرة). التوتر السطحي للمادة الغريبة غير معروف. إذا كان أقل من القيمة الحرجة (بضعة ميجا إلكترون فولت لكل فمتومتر مربع ^[6] ) فإن الجسيمات الغريبة الكبيرة تكون غير مستقرة وستميل إلى الانشطار إلى جسيمات غريبة أصغر (ستظل النجوم الغريبة مستقرة بفعل الجاذبية). إذا كان أكبر من القيمة الحرجة، فإن الجسيمات الغريبة تصبح أكثر استقرارًا كلما كبرت.
• الفرز ^{[ بحاجة لتوضيح ]} للشحنات، والذي يسمح بشحن الأجسام الغريبة الصغيرة، مع وجود سحابة محايدة من الإلكترونات/البوزيترونات حولها، لكنه يتطلب أن تكون الأجسام الغريبة الكبيرة، مثل أي قطعة كبيرة من المادة، محايدة كهربائيًا في داخلها. تميل مسافة فرز الشحنة إلى أن تكون في حدود بضعة فيمتومتر، لذلك فقط بضعة فيمتومتر خارجية من الجسم الغريب يمكنها حمل الشحنة. ^[7]

على الرغم من أن النوى لا تتحلل إلى مواد غريبة، إلا أن هناك طرقًا أخرى لتكوين المواد الغريبة، لذا إذا كانت فرضية المادة الغريبة صحيحة، فلا بد أن تكون هناك مواد غريبة في الكون. وهناك ثلاث طرق على الأقل يمكن أن تنشأ بها هذه المواد في الطبيعة:

• من الناحية الكونية، أي في بداية الكون عندما حدث انتقال طور الحبس في الديناميكا اللونية الكمومية . ومن الممكن أن تكون الجسيمات الغريبة قد نشأت مع النيوترونات والبروتونات التي تشكل المادة العادية.
• العمليات عالية الطاقة. الكون مليء بجسيمات عالية الطاقة للغاية ( الأشعة الكونية ). ومن الممكن أن توفر هذه الجسيمات عندما تصطدم ببعضها البعض أو بالنجوم النيوترونية طاقة كافية للتغلب على حاجز الطاقة وإنشاء جسيمات غريبة من المادة النووية. وقد تم تحديد بعض الأحداث الغريبة للأشعة الكونية، مثل " حدث برايس " - أي تلك التي لها نسبة شحنة إلى كتلة منخفضة للغاية (حيث يمتلك الكوارك s نفسه شحنة تتناسب مع الكوارك d الأكثر شيوعًا ، ولكنه أكثر كتلة بكثير) - ربما سجلت جسيمات غريبة بالفعل. ^{[8] [9]}
• اصطدامات الأشعة الكونية. بالإضافة إلى الاصطدامات المباشرة للأشعة الكونية، فإن الأشعة الكونية عالية الطاقة التي تصطدم بالغلاف الجوي للأرض قد تؤدي إلى خلق أجسام غريبة.

تقدم هذه السيناريوهات إمكانيات لمراقبة الأجسام الغريبة. فإذا كان من الممكن إنتاج الأجسام الغريبة في تصادمات عالية الطاقة، فقد يتم إنتاجها بواسطة مصادمات الأيونات الثقيلة. وعلى نحو مماثل، إذا كانت هناك أجسام غريبة تحلق حول الكون، فمن المحتمل أن تصطدم إحدى الأجسام الغريبة بالأرض في بعض الأحيان، حيث قد تظهر كنوع غريب من الأشعة الكونية؛ أو بدلاً من ذلك، قد ينتهي الأمر بجسم غريب مستقر إلى الاندماج في الجزء الأكبر من مادة الأرض، واكتساب غلاف إلكتروني متناسب مع شحنته وبالتالي الظهور كنظير ثقيل بشكل غير طبيعي للعنصر المناسب - على الرغم من أن عمليات البحث عن مثل هذه "النظائر" الشاذة لم تنجح حتى الآن. ^[10]

في مسرعات الأيونات الثقيلة مثل مصادم الأيونات الثقيلة النسبي (RHIC)، تتصادم النوى بسرعات نسبية، مما يؤدي إلى إنشاء كواركات غريبة ومضادة للغريبة والتي يمكن أن تؤدي إلى إنتاج غريب. ستكون العلامة التجريبية للغريب هي النسبة العالية جدًا من الكتلة إلى الشحنة، مما قد يتسبب في أن يكون مساره في المجال المغناطيسي مستقيمًا تقريبًا، ولكن ليس تمامًا. بحث تعاون STAR عن غريبات تم إنتاجها في RHIC، ^[11] ولكن لم يتم العثور على أي منها. من غير المرجح أن ينتج مصادم الهدرونات الكبير (LHC) غريبات، ^[12] ولكن تم التخطيط لإجراء عمليات بحث ^[13] لكاشف LHC ALICE .

يمكن لجهاز مطياف ألفا المغناطيسي (AMS)، وهو جهاز مثبت على متن محطة الفضاء الدولية ، اكتشاف الأجسام الغريبة. ^[14]

في مايو 2002، أبلغت مجموعة من الباحثين في جامعة ساوثرن ميثوديست عن احتمال أن تكون الأجسام الغريبة مسؤولة عن الأحداث الزلزالية المسجلة في 22 أكتوبر و24 نوفمبر عام 1993. ^[15] تراجع المؤلفون لاحقًا عن ادعائهم، بعد أن وجدوا أن ساعة إحدى محطات الزلازل بها خطأ كبير خلال الفترة ذات الصلة. ^[16]

وقد اقترح البعض إنشاء نظام مراقبة دولي للتحقق من معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية بعد دخولها حيز التنفيذ، وقد يكون ذلك النظام مفيداً كنوع من "مرصد الظواهر الغريبة" باستخدام الأرض بأكملها كجهاز كشف لها. وسوف يتم تصميم نظام الرصد الدولي للكشف عن الاضطرابات الزلزالية الشاذة التي تصل إلى 1 كيلوطن من مادة تي إن تي (4.2  تيراجول ) أو أقل، وقد يكون قادراً على تتبع الظواهر الغريبة التي تمر عبر الأرض في الوقت الحقيقي إذا تم استغلاله بشكل صحيح.

وقد اقترح أن الأجسام الغريبة ذات الكتلة الفرعية الكوكبية (أي النيزك الثقيل) من شأنها أن تخترق الكواكب وغيرها من أجسام النظام الشمسي، مما يؤدي إلى ظهور فوهات اصطدام تظهر سمات مميزة. ^[17]

إذا كانت فرضية المادة الغريبة صحيحة، وإذا كان هناك جسم غريب مشحون سلبيًا مستقرًا وله توتر سطحي أكبر من القيمة الحرجة المذكورة أعلاه، فإن الجسم الغريب الأكبر سيكون أكثر استقرارًا من الجسم الغريب الأصغر. أحد التكهنات التي نتجت عن هذه الفكرة هو أن الجسم الغريب الذي يتلامس مع كتلة من المادة العادية يمكن أن يحول المادة العادية بمرور الوقت إلى مادة غريبة. ^{[18] [19]}

لا يشكل هذا مصدر قلق بالنسبة للأجسام الغريبة في الأشعة الكونية لأنها تنتج بعيدًا عن الأرض ولديها الوقت الكافي للتحلل إلى حالتها الأساسية ، والتي يتوقع معظم النماذج أن تكون مشحونة إيجابيا، وبالتالي فهي تتنافر مع النوى كهروستاتيكيًا ، ونادرًا ما تندمج معها. ^{[20] [21]} من ناحية أخرى، يمكن أن تنتج الاصطدامات عالية الطاقة حالات غريبة مشحونة سلبًا، والتي يمكن أن تعيش طويلًا بما يكفي للتفاعل مع نوى المادة العادية . ^[22]

لقد حظي خطر التحويل المحفز بواسطة الخوارق الناتجة عن مصادمات الأيونات الثقيلة ببعض الاهتمام الإعلامي، ^{[23] [24]} وقد أثيرت مخاوف من هذا النوع ^{[18] [25]} في بداية تجربة RHIC في بروكهافن ، والتي كان من المحتمل أن تخلق خوارق. وخلص تحليل مفصل ^[19] إلى أن تصادمات RHIC كانت مماثلة لتلك التي تحدث بشكل طبيعي عندما تعبر الأشعة الكونية النظام الشمسي ، لذلك كنا لنرى مثل هذه الكارثة بالفعل إذا كان ذلك ممكنًا. يعمل RHIC منذ عام 2000 دون وقوع حوادث. وقد أثيرت مخاوف مماثلة بشأن تشغيل LHC في سيرن [ ^26] ولكن العلماء رفضوا مثل هذه المخاوف باعتبارها بعيدة المنال. ^{[26] [27] [28]}

في حالة النجم النيوتروني ، قد يكون سيناريو التحويل أكثر معقولية. النجم النيوتروني هو بمعنى ما نواة عملاقة (قطرها 20 كم)، متماسكة معًا بواسطة الجاذبية ، لكنها محايدة كهربائيًا ولن تتنافر مع الجسيمات الغريبة كهروستاتيكيًا. إذا ضربت جسيم غريب نجمًا نيوترونيًا، فقد تحفز الكواركات بالقرب من سطحه لتتشكل إلى مادة أكثر غرابة، وقد تستمر حتى يصبح النجم بأكمله نجمًا غريبًا . ^[29]

لا تزال فرضية المادة الغريبة غير مثبتة. ولم يؤكد أي بحث مباشر عن الأجسام الغريبة في الأشعة الكونية أو مسرعات الجسيمات وجودها حتى الآن. وإذا أمكن إثبات أن أيًا من الأجسام مثل النجوم النيوترونية لها سطح مصنوع من مادة غريبة، فإن هذا يشير إلى أن المادة الغريبة مستقرة عند ضغط صفري ، وهو ما من شأنه أن يبرر فرضية المادة الغريبة. ومع ذلك، لا يوجد دليل قوي على وجود أسطح من المادة الغريبة على النجوم النيوترونية.

هناك حجة أخرى ضد هذه الفرضية وهي أنه إذا كانت صحيحة، فإن كل النجوم النيوترونية يجب أن تكون مصنوعة من مادة غريبة، وإلا فلن تكون هناك نجوم نيوترونية. ^[30] حتى لو كان هناك عدد قليل من النجوم الغريبة في البداية، فإن الأحداث العنيفة مثل الاصطدامات ستخلق قريبًا العديد من شظايا المادة الغريبة التي تطير حول الكون. ولأن الاصطدام بنجم غريب واحد من شأنه أن يحول النجم النيوتروني إلى مادة غريبة، فإن كل النجوم النيوترونية التي تشكلت مؤخرًا، باستثناء عدد قليل منها، يجب أن تكون قد تحولت بالفعل إلى مادة غريبة.

لا تزال هذه الحجة موضع نقاش، ^{[31] [32] [33] [34]} ولكن إذا كانت صحيحة فإن إظهار أن نجم نيوتروني قديم لديه قشرة من المادة النووية التقليدية من شأنه أن يدحض فرضية المادة الغريبة.

نظرًا لأهميتها بالنسبة لفرضية المادة الغريبة، هناك جهد مستمر لتحديد ما إذا كانت أسطح النجوم النيوترونية مصنوعة من مادة غريبة أو مادة نووية . الأدلة حاليًا تؤيد المادة النووية. يأتي هذا من ظاهرة انفجارات الأشعة السينية ، والتي تم تفسيرها جيدًا من حيث قشرة المادة النووية، ^[35] ومن قياس الاهتزازات الزلزالية في النجوم المغناطيسية . ^[36]

• تضمنت إحدى حلقات مسلسل أوديسي 5 محاولة لتدمير الكوكب عن طريق إنشاء غريب مشحون سلبًا بشكل متعمد في مسرع الجسيمات . ^[37]
• يتضمن الفيلم الوثائقي الدرامي End Day من إنتاج هيئة الإذاعة البريطانية (BBC) سيناريو ينفجر فيه مسرع للجسيمات في مدينة نيويورك ، مما يؤدي إلى إنشاء جسم غريب وبدء سلسلة من ردود الفعل الكارثية التي تدمر الأرض.
• تتناول قصة "أمر غريب للغاية" في مجموعة " لا يمكن تمييزه عن السحر" للكاتب روبرت ل. فوروارد صنع جسم غريب في مسرع الجسيمات .
• تتناول رواية Impact ، التي نُشرت عام 2010 وكتبها دوغلاس بريستون ، آلة فضائية تنتج كائنات غريبة. تصطدم كائنات الآلة الغريبة بالأرض والقمر وتمر عبرهما.
• رواية فوبوس ، التي نشرت في عام 2011 وكتبها ستيف ألتن باعتبارها الجزء الثالث والأخير من ثلاثية دومين ، تقدم قصة خيالية حيث يتم إنشاء كائنات غريبة عن غير قصد في LHC وتهرب منه لتدمير الأرض.
• في رواية الكوميديا ​​السوداء " البشر" التي كتبها دونالد إي ويستليك عام 1992 ، يرسل إله غاضب ملاكًا إلى الأرض لإحداث نهاية العالم عن طريق استخدام غريب تم إنشاؤه في مسرع الجسيمات لتحويل الأرض إلى نجم كوارك.
• في فيلم Quantum Apocalypse لعام 2010 ، يقترب كائن غريب من الأرض من الفضاء.
• في رواية اللص الكمومي لهانو راجانييمي وبقية الثلاثية، تم استخدام الكائنات الغريبة في الغالب كأسلحة، ولكن خلال مشروع مبكر لتحويل المريخ إلى كوكب صالح للسكن ، تم استخدام واحدة منها لتحويل فوبوس إلى "شمس" إضافية.

• مادة لزجة رمادية
• الجليد تسعة
• هايبرون

• هولدن، جوشوا (17 مايو 1998). "قصة سترينجليتس". روتجرز . مؤرشف من الأصل في 7 يناير 2010. تم الاسترجاع في 1 أبريل 2010 .
• فريدولين ويبر (2005). "مادة الكوارك الغريبة والنجوم المدمجة". التقدم في فيزياء الجسيمات والفيزياء النووية . 54 (1): 193-288. arXiv : astro-ph/0407155 . Bibcode :2005PrPNP..54..193W. doi :10.1016/j.ppnp.2004.07.001. S2CID  15002134.
• جيس مادسن (1999). "فيزياء وفيزياء فلكية لمادة الكوارك الغريبة". هادرونات في المادة الكثيفة والهادروسينثيسيس . محاضرات في الفيزياء. المجلد 516. ص 162-203. arXiv : astro-ph/9809032 . doi :10.1007/BFb0107314. ISBN 978-3-540-65209-0. S2CID  16566509.

• "أخطر الأشياء في الكون – شرح النجوم الغريبة" (فيديو) . Kurzgesagt . 14 أبريل 2019. مؤرشف من الأصل في 2021-12-15 . تم الاسترجاع 15 أبريل 2019 – عبر YouTube .