Momenteel, het zwaarste element op het periodiek systeem is oganesson, die een atoommassa heeft van 294 en officieel werd genoemd in 2016. Zoals elk element in het periodiek systeem, bijna alle massa van oganesson is afkomstig van protonen en neutronen (soorten baryonen) die zelf uit drie quarks bestaan. Een cruciaal kenmerk van alle bekende baryonische materie is dat de quarks zo stevig aan elkaar zijn gebonden door de sterke kracht dat ze onafscheidelijk zijn. Omdat deeltjes gemaakt van gebonden quarks (zoals protonen en neutronen) hadronen worden genoemd, wetenschappers verwijzen naar de grondtoestand van baryonische materie als 'hadronische materie'.

Maar oganesson is misschien wel een van de laatste in zijn soort. In een nieuwe krant wetenschappers voorspellen dat elementen met massa's groter dan ongeveer 300 kunnen zijn samengesteld uit vrij stromende "up" en "down" quarks - dezelfde soort waarvan protonen en neutronen zijn gemaakt, maar deze quarks zouden niet in drietallen worden gebonden. De wetenschappers voorspellen dat dit soort materie, genaamd "up down quark materie, " of udQM, stabiel zou zijn voor extreem zware elementen die net na het einde van het huidige periodiek systeem zouden kunnen bestaan. Als het op aarde zou kunnen worden geproduceerd, quarkmaterie heeft het potentieel om te worden gebruikt als een nieuwe energiebron.

De mogelijkheid dat zware baryonische materie een udQM-grondtoestand heeft in plaats van een hadronische, wordt beschreven in een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven door de natuurkundigen van de Universiteit van Toronto, Bob Holdom, Jing Ren, en Chen Zhang.

Het idee dat een soort quark-materie de grondtoestand van baryonische materie zou kunnen vormen, is niet nieuw. In een beroemde krant uit 1984, natuurkundige Edward Witten suggereerde dat vreemde quark-materie (SQM) deze rol zou kunnen vervullen. Echter, SQM bestaat uit vergelijkbare bedragen van maximaal, omlaag, en vreemde quarks. Een van de nieuwe resultaten van de laatste studie is dat quark materie zonder vreemde quarks, d.w.z., udQM, heeft een lagere bulkenergie per baryon dan SQM of hadronische materie, waardoor het energetisch gunstig is.

"Natuurkundigen zijn al tientallen jaren op zoek naar SQM, " vertelden de onderzoekers: Phys.org . "Van onze resultaten veel zoekopdrachten hebben mogelijk op de verkeerde plaats gezocht. ... Het is een vrij basale vraag om te beantwoorden:Wat is de laagste energietoestand van een voldoende groot aantal quarks? We stellen dat het antwoord geen nucleaire materie of vreemde SQM is, maar eerder udQM, een toestand die bestaat uit bijna massaloze up en down quarks."

Het idee dat quarkmaterie net buiten het periodiek systeem ligt, is enigszins verrassend omdat, in het algemeen, quark materie wordt verondersteld alleen in extreme omgevingen te bestaan, zoals de kernen van neutronensterren, zware ionenversnellers, hypothetische quarksterren, en binnen de eerste milliseconden van het vroege heelal. Wanneer geproduceerd in een versneller, quarkmaterie vervalt typisch binnen een fractie van een seconde tot stabiele hadronische materie (met gebonden quarks).

De natuurkundigen hopen dat als de minimale massa van elementen met een udQM-grondtoestand niet veel meer is dan 300, het is misschien mogelijk om deze nieuwe vorm van stabiele materie te produceren door enkele van de andere zware elementen samen te smelten. Ze verwachten dat een van de uitdagingen zal zijn om voldoende neutronen in de reactie te leveren, maar dat udQM misschien gemakkelijker te produceren is dan SQM. Een reden voor hun optimisme is dat de nieuwe resultaten wijzen op het bestaan ​​van een "continent van stabiliteit" - een grote regio waarin udQM de meest stabiele configuratie kan hebben, die toekomstige productiepogingen kunnen leiden.

Als het produceren van udQM problemen oplevert, de onderzoekers merken op dat het ook op aarde kan worden gezocht, omdat het via kosmische straling kan aankomen en dan vast kan komen te zitten in normale materie. In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan de mogelijkheid te onderzoeken om naar quarkmaterie te zoeken, zowel op aarde als op verder weg gelegen locaties.

"We zouden graag meer willen weten over de overvloed aan quarkmaterie in het heelal, " zeiden de onderzoekers. "We kijken dus naar de conversiesnelheid van nucleaire materie naar udQM in neutronensterren. We willen ook die zoekopdrachten voor SQM identificeren die het meest relevant zijn voor udQM. Het is dan interessant om na te gaan hoe die zoekopdrachten verbeterd en/of uitgebreid kunnen worden."

Als wetenschappers quark-materie van welke soort dan ook zouden kunnen produceren of vinden, een zeer intrigerende potentiële toepassing is energieopwekking.

"Beter weten waar u udQM moet zoeken, kan dan helpen om een ​​oud idee te realiseren, die van het gebruik van quarkmaterie als nieuwe energiebron, " zeiden de onderzoekers. "Als quark-materie wordt gevonden (of geproduceerd in versnellers), het kan worden opgeslagen en vervolgens worden gevoed met langzame neutronen of zware ionen. De absorptie van deze deeltjes betekent een lagere totale massa en dus een afgifte van energie, meestal in de vorm van gammastraling. In tegenstelling tot kernfusie, dit is een proces dat gemakkelijk te initiëren en te controleren moet zijn."

© 2018 Fys.org