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尋找夸克星

夸克星存在的最大意義是，我們可以通過觀察它們了解大爆炸之后極短時間內(nèi)發(fā)生的事情。如果夸克星真的存在，則可能給人類探尋宇宙早期的秘密打開一扇新的窗口

“夸克”（quark）一詞的出現(xiàn)，本就是粒子物理界一段佳話。

上世紀(jì)60年代早期，美國人默里?蓋爾曼（Murray Gell-Mann）在研究質(zhì)子分裂中發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子和中子只能是由更小的3個粒子組成，否則無法遵循簡單的守恒。這些粒子先被命名為“k-works”，后又縮寫為“kworks”。1963年3月的一天，蓋爾曼突然在詹姆斯?喬伊斯的《芬尼根的守靈》中讀到了一句話“Three quarks for Muster Mark！”覺得這個3用得恰到好處，正好符合自己對新粒子數(shù)的預(yù)期，而且quarks的發(fā)音和kworks相似，就索性從喬大師那里把這個詞借過來用了。但以上也許只是說法之一，也有猜測認(rèn)為，quarks的另一個來源乃是德語so einQuark，意為胡扯、真無聊。倘若如此，足見命名者多么的幽默反諷了。

無論如何，最初預(yù)言的3種組成質(zhì)子或中子的更基本單元分別被叫做了上夸克、下夸克和奇異夸克，是由蓋爾曼和另一位物理學(xué)家各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的。而后在1974年和1977年，分別又有人預(yù)言并證實(shí)了粲夸克和底夸克的存在，直至1994年，最后一種頂夸克也得到了實(shí)驗的確認(rèn)（去年諾貝爾物理學(xué)獎中的一半即與此有關(guān)）。至此，夸克家族的基本成員被定為6位。

這6個家伙的生活作風(fēng)比較特別，喜歡抱團(tuán)出現(xiàn)，也就是說，從一開始就沒有誰看到過自由活動的夸克。已知世界中，那些和強(qiáng)作用有關(guān)的粒子——無論它是實(shí)驗里撞出來還是高能宇宙射線里帶過來的，都統(tǒng)統(tǒng)要由若干個夸克組成。而且它們中的頂、底、奇、魅四位還特別不安穩(wěn)，動不動就搞衰變，變成上、下兩位的樣子。

大家都知道，物理學(xué)家們都很牛，而且個個都有一副牛脾氣，所以，他們從最初就打定主意，不管如何，一定要看看單個兒的夸克長得什么樣，是不是和自己心目中的一致。

但是，在地球上找到單夸克幾乎是一件不可能的任務(wù)，必須將眼光放到遙遠(yuǎn)浩瀚的宇宙中去。哈佛史密松天體物理中心的杰里米?德雷克（Jeremy Drake）提出了一個“夸克星模型”，讓這件工作有了盼頭。2002年，美國國家航空局（NASA）公布了來自錢德勒X射線天文臺和哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀察數(shù)據(jù)，顯示有兩個不同尋常的天體，原被認(rèn)為是中子星，卻在特性上有出入：第一顆名為RXJ1856的恒星位于南冕星座，距離地球約400光年，它的直徑只有7英里，為普通中子星的一半；第二顆名為3C58的恒星位于仙后座，距離地球約1萬光年，溫度比中子星的預(yù)期值低2倍。所以，德雷克提出，它們更有可能是中子星繼續(xù)演化而成的夸克星。

中子星是超新星爆發(fā)之后形成的密度極大的一種恒星。在超新星爆發(fā)過程中，若核心密度足夠大，便可頂住中心核的坍縮，維持在中子星狀態(tài)，若頂不住則可能變成黑洞。而第三種可能是，壓力不夠大到成為黑洞，就變成某種夸克星或者奇異星。這幾年來，不斷有研究聲稱發(fā)現(xiàn)了夸克星，但都只是基于種種蛛絲馬跡的猜測。

2006年9月18日，錢德勒X射線天文臺觀察到了創(chuàng)紀(jì)錄的超新星爆發(fā)——距離太陽系2.38億光年的2006gy，驚訝地發(fā)現(xiàn)其亮度比典型恒星爆發(fā)要亮上100倍，這意味著釋放出了非常巨大的能量，這些能量可以將中子星的外層以接近光速推進(jìn)到空間，撞上了原超新星的殘骸，并劇烈地發(fā)光。加拿大卡爾加里大學(xué)的兩位天體物理學(xué)家認(rèn)為，這個過程也具有形成夸克星的嫌疑。

而在數(shù)周前，香港大學(xué)的鄭廣生等人在著名的arxiv網(wǎng)站上發(fā)表文章，提出大麥哲倫星云的SN 1987A也應(yīng)該被列入候選名單。根據(jù)理論模型，中子星誕生的過程被認(rèn)為伴隨有單獨(dú)的中微子爆發(fā)。這個團(tuán)隊聲稱，在檢驗兩個中微子探測器（位于日本的Kamiokande II和位于美國的Irvine-Michigan-Brookhaven）的數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)SN 1987A曾有過兩次單獨(dú)爆發(fā)，而且中間有明顯間隔，他們認(rèn)為第一次爆發(fā)是中子星形成，數(shù)秒后的第二次爆發(fā)則是它繼續(xù)坍塌變成夸克星的跡象。

夸克星存在的最大意義是，我們可以通過觀察它們了解大爆炸之后極短時間內(nèi)發(fā)生的事情。在那個時期，宇宙處于一片高密度夸克物質(zhì)所組成的海洋中，溫度高達(dá)萬億攝氏度。如果夸克星真的存在的話，則可能給人類探尋宇宙早期的秘密打開一扇新的窗口。