Un strangelet (pronunciado strange-let) es una partícula hipotética que consiste en un estado ligado de números aproximadamente iguales de quarks up , down y strange . Una descripción equivalente es que un extraño es un pequeño fragmento de materia extraña , lo suficientemente pequeño como para ser considerado una partícula . El tamaño de un objeto compuesto de materia extraña podría, teóricamente, variar desde unos pocos femtómetros de ancho (con la masa de un núcleo ligero) hasta arbitrariamente grande. Una vez que el tamaño se vuelve macroscópico (del orden de metros de ancho), dicho objeto generalmente se denomina estrella extraña.. El término "strangelet" se origina con Edward Farhi y Robert Jaffe en 1984 . Los Strangelets pueden convertir la materia en materia extraña al contacto. [1] Strangelets han sido sugeridos como candidatos a materia oscura . [2]
Las partículas conocidas con quarks extraños son inestables. Debido a que el quark extraño es más pesado que los quarks arriba y abajo, puede decaer espontáneamente , a través de la interacción débil , en un quark arriba. En consecuencia, las partículas que contienen quarks extraños, como la partícula Lambda , siempre pierden su extrañeza al descomponerse en partículas más ligeras que contienen solo quarks arriba y abajo.
Sin embargo, los estados condensados con una mayor cantidad de quarks podrían no sufrir esta inestabilidad. Esa posible estabilidad frente a la descomposición es la " hipótesis de la materia extraña ", propuesta por separado por Arnold Bodmer [3] y Edward Witten . [4] De acuerdo con esta hipótesis, cuando un número suficientemente grande de quarks se concentran juntos, el estado de energía más bajo es uno que tiene aproximadamente el mismo número de quarks up, down y extraño, es decir, un extraño. Esta estabilidad se daría por el principio de exclusión de Pauli ; tener tres tipos de quarks, en lugar de dos como en la materia nuclear normal, permite colocar más quarks en niveles de energía más bajos.
Un núcleo es una colección de un gran número de quarks arriba y abajo, confinados en tripletes ( neutrones y protones ).). De acuerdo con la hipótesis de la materia extraña, los extraños son más estables que los núcleos, por lo que se espera que los núcleos se descompongan en extraños. Pero este proceso puede ser extremadamente lento porque hay que superar una gran barrera de energía: a medida que la interacción débil comienza a convertir un núcleo en un extraño, los primeros quarks extraños forman extraños bariones, como el Lambda, que son pesados. Solo si se producen muchas conversiones casi simultáneamente, el número de quarks extraños alcanzará la proporción crítica necesaria para alcanzar un estado de menor energía. Es muy poco probable que esto suceda, por lo que incluso si la hipótesis de la materia extraña fuera correcta, nunca se vería que los núcleos se descompongan en extraños porque su vida útil sería más larga que la edad del universo. [5]
La estabilidad de los strangelets depende de su tamaño. Esto se debe a (a) la tensión superficial en la interfaz entre la materia de los quarks y el vacío (que afecta a los extraños pequeños más que a los grandes), y (b) el apantallamiento de las cargas, que permite que los extraños pequeños se carguen, con una nube neutralizadora de electrones. /positrones alrededor de ellos, pero requiere grandes extraños, como cualquier pieza grande de materia, para ser eléctricamente neutros en su interior. La distancia de detección de carga tiende a ser del orden de unos pocos femtómetros, por lo que solo los pocos femtómetros exteriores de un extraño pueden transportar carga. [6]
Se desconoce la tensión superficial de la materia extraña. Si es más pequeño que un valor crítico (unos pocos MeV por femtómetro cuadrado [7] ), entonces los extraños grandes son inestables y tenderán a fisionarse en extraños más pequeños (las estrellas extrañas aún estarían estabilizadas por la gravedad). Si es mayor que el valor crítico, los strangelets se vuelven más estables a medida que crecen.