Физики-теоретики предложили модель, согласно которой ядра с массой выше 300 могут представлять собой совершенно иную, непривычную нам форму материи. Она будет состоять не из протонов и нейтронов. Согласно их расчетам, уже следующий элемент после самого тяжелого известного сегодня — оганессона — может быть похож по строению на недра нейтронных звезд. Потенциально такое вещество может стать намного более удобным источником энергии, чем ядерный или термоядерный синтез. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Все известные ядра химических элементов состоят из протонов и нейтронов, которые в свою очередь представляют собой комбинацию трех кварков. Отличительная особенность такой организации вещества — то, что кварки существуют в связанных состояниях по три штуки. Тем не менее, теоретики предполагают, что возможны и другие формы существования материи, в которых множество кварков не упакованы в триплеты. Считается, что такое вещество может сохранять стабильность при экстремальных условиях, — например, при тех, что характерны для недр нейтронных звезд.

В новой работе физики из Университета Торонто в Канаде представляют расчеты, согласно которым подобная фаза материи может быть стабильна уже начиная со следующего элемента. Они называют такое вещество «кварковой материей из верхних и нижних кварков» (up down quark matter — udQM). Также такая форма должна быть основным состоянием обычной барионной материи. Потенциально это делает ее источником энергии. Эта идея не нова — в 1984 году такую концепцию впервые выдвинул самый цитируемый физик современности Эдвард Виттен. Однако в его работе рассматривалась странная кварковая материя (SQM), состоящая из сравнимых долей верхних, нижних и странных кварков. В новой статье делается предположение, что на самом деле более тяжелые странные кварки для этого не нужны.

Один из выводов новой работы состоит в том, что за пределами известной таблицы Менделеева есть своеобразный «континент стабильности» — в противоположность «острову стабильности» — гипотетической области трансурановых элементов с большими периодами полураспада. Авторы пишут, что гипотетически udQM можно получить намного проще, чем SQM, однако для этого может потребоваться гораздо большее соотношение нейтронов к протонам, чем это обычно свойственно стабильным ядрам. Теперь авторы намерены исследовать, можно ли получить udQM на ускорителях и обнаружить ее в космических лучах.

График, отображающий гипотетический «континент стабильности». Holdom et al./American Physical Society

С помощью такого вещества должно быть относительно просто получить энергию — достаточно будет направлять в него нейтроны или тяжелые ядра, которые будут поглощаться и переходить в новое состояние. Так как udQM должна являться основным состоянием вещества, то общая масса после поглощения будет слегка уменьшаться, а разница — выделяться в виде энергии, в первыю очерведь в форме гамма-излучения. По сравнению с известными способами получения ядерной энергии такую схему должно быть легче запустить и поддерживать.