Matière quark condensée dans les astéroïdes

[Monsieur_Leland]

Good morning,

Je me pose quelques questions sur la matière quark condensée dans les astéroïdes (on s'amuse comme on peut).

Pour rappel, la matière quark condensée se serait formé dans les premiers instants de l'univers. En raison de la température extrêmement élevée à l'époque, il est en effet possible que le mélange anti-quark+quark+gluon (qui forment ensemble le hadron) se soient à de très rares occasions constitués en ensemble indépendant, qu'on appelle "plasma quark-gluon".

Normalement, le hadron voit ses particules d'anti-quark et de quark s'annihiler et se récréer éternellement au milieu du gluon du fait d'un phénomène quantique. Jusque-là tout va bien. Mais dans le cas de la matière plasma-quark-gluon indépendante, le quark et l'anti-quark fusionnent plutôt que de s'annihiler pour donner naissance à un "quark S" ("s" pour "strange, "étrange" en anglais). Du coup, nous voilà avec une particule à la fois stable et chargé négativement! Précisions que cette forme de matière a été observée par le laboratoire de Brookhaven aux USA.

Cette particule d'un genre nouveau pourrait se retrouver aujourd'hui dans le noyau de certaines planètes, étoiles, mais aussi et surtout d'astéroïdes! Selon certains astrophysiciens, cette "capture" serait due à la matière noire froide qui donnerait naissance à des objets ultra condensés. Mes connaissances dans ce domaines sont malheureusement très limitées, donc je compte sur vous pour m'expliquer un tel processus de manière claire.

Toujours est-il que si ces astéroïdes existaient, ceux-ci auraient des vitesses de rotation extrêmement rapides. Si l'un d'eux s'écrasait sur Terre, on pourrait même utiliser les propriétés de son noyau "strange" pour obtenir une source monstrueuse d'anti-particules en le soumettant à un rayon de baryons (protons + neutrons).

D'où mes questions:

1- Comment diable pourrait bien se former un tel type d'astéroïde? Est-il acceptable de penser que le coeur "quark-strange+gluon" ne désintègre pas la roche l'entourant pour former l'astéroide, grâce à un champ magnétique émis par la matière noire par exemple?

2- Quel est le rôle de la matière noire dans le processus de création de l'astéroide ultra-compact?

3- Pourrait-on fabriquer de l'anti-matière en bombardant cet objet de baryons?


Merci.
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[Deedee81]

Salut,

Avant de répondre aux questions (en fait, ma remarque rend les questions inutiles, au moins sous cette forme) :

"quark S" ("s" pour "strange, "étrange" en anglais). Du coup, nous voilà avec une particule à la fois stable et chargé négativement!

Cette partie là est fausse. Le quark S n'est pas stable.

Ainsi, les mésons K, qui contiennent des quarks S, se désintègrent (par interaction faible).

Donc, aucun corps céleste (*) tel que les astéroïde ou les planètes ne saurait contenir de quark S.

(*) exception éventuelle : les étoiles à neutrons. Du fait de leur masse énorme, cela pourrait peut-être stabiliser les quarks S. On parle alors d'étoiles étranges.
Mais :
- ça reste une spéculation car ces étoiles seraient pratiquement impossibles à distinguer des étoiles à neutrons habituelles
- la possibilité théorique dépend de propriétés encore assez mal connues de l'interaction forte

[Gilgamesh]

Good morning,

Je me pose quelques questions sur la matière quark condensée dans les astéroïdes (on s'amuse comme on peut).

Pour rappel, la matière quark condensée se serait formé dans les premiers instants de l'univers. En raison de la température extrêmement élevée à l'époque, il est en effet possible que le mélange anti-quark+quark+gluon (qui forment ensemble le hadron)

Le quark + anti quark forment une catégorie particulière de hadrons, les mesons, et non pas l'ensemble des hadrons.

se soient à de très rares occasions constitués en ensemble indépendant, qu'on appelle "plasma quark-gluon".

Le plasma quark gluon ça va être l'état commun de toutes ces particules à température élevée (~ 100 GeV/nucléon). Et cet état va cesser dès que la température va baisser en dessous de ces températures (qq dizaine de µs après le début de l'expansion). On ne peut pas avoir de plasma à basse température.

Normalement, le hadron voit ses particules d'anti-quark et de quark s'annihiler et se récréer éternellement au milieu du gluon du fait d'un phénomène quantique. Jusque-là tout va bien. Mais dans le cas de la matière plasma-quark-gluon indépendante, le quark et l'anti-quark fusionnent plutôt que de s'annihiler pour donner naissance à un "quark S" ("s" pour "strange, "étrange" en anglais). Du coup, nous voilà avec une particule à la fois stable et chargé négativement! Précisions que cette forme de matière a été observée par le laboratoire de Brookhaven aux USA.

Le quark étrange (quark s) n'est pas issu d'une fusion de quarks, mais de courants chargés faisant intervenir les bosons W de l'interaction faible. Il n'est pas stable à l'état ordinaire, c'est à dire qu'étant plus lourd, il va rapidement décroître (toujours par interaction faible) pour donner par exemple un pion π- (d-anti u).

Il existerait toutefois (on en vient au fond du sujet) un état hypothétique (strange matter hypothesis de Bodmer et Witten) dans lequel le quark s pourrait rester stable. Selon cette hypothèse, du fait du principe d'exclusion de Pauli, l'état d'énergie le plus bas d'un mélange de quark comporterait a partie égale des u, d et s, le strangelet (et si la matière nucléaire ne décroit pas en strangelet, ce serait du fait à la grosse barrière d'énergie pour produire des quarks s).

[papy-alain]

(*) exception éventuelle : les étoiles à neutrons. Du fait de leur masse énorme, cela pourrait peut-être stabiliser les quarks S. On parle alors d'étoiles étranges.
Mais :
- ça reste une spéculation car ces étoiles seraient pratiquement impossibles à distinguer des étoiles à neutrons habituelles
- la possibilité théorique dépend de propriétés encore assez mal connues de l'interaction forte

Justement, je me posais la question. Les neutrons qui ne sont pas confinés dans un noyau atomique par l'interaction forte ont une durée de vie assez courte (de l'ordre de 10 ou 15 minutes si je me souviens bien). Comme la désintégration libère un proton, un électron et un antineutrino, je suppose que la recombinaison est rapide et que le neutron se reconstitue presque instantanément, et que donc les étoiles à neutrons sont le siège d'une intense activité interne ?
Ou bien l'importante force gravitationnelle qui y règne aurait elle tendance à stabiliser le neutron ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Monsieur_Leland]

Merci pour vos remarques. Il semblerait que j'ai mal compris le processus de création du quark S. J'avais pourtant lu sur wikipédia que "dans des conditions spéciales (un plasma de quarks), des quarks u et d peuvent fusionner pour donner naissance à un quark s" (article sur le strangelet).

Mes questions font écho à une publication de T. Marshall Eubanks (http://www.vixra.org/pdf/1312.0190v1.pdf), dans laquelle il estime concrètement que des astéroïdes bourrés de quarks pourraient être dans notre système solaire, et potentiellement utilisable à des fins de création d'antimatière.

Techniquement, la matière noire froide pourrait en effet être composée d'un amas de particules élémentaires n'ayant jamais dépassée le stade du hadron, d'où l'idée d'amas de matière autour de la matière noire qui "englobe" le coeur de quarks.

Ceci étant dit, le sens profond de ma question est clairement de savoir si un astéroïde contenant une matière quelconque pourrait techniquement permettre de produire de l'antimatière. Les travaux de Eubanks m'intéressent par conséquent énormément, car sa théorie semble tenir la route sur l'idée d'une matière quark condensée au coeur d'astéroïdes. Malheureusement, mon niveau mathématique ne me permets pas de juger son travail de manière très claire car je ne comprends rien à ses calculs. De plus, je ne saisis pas totalement les conditions de la formation d'un tel astéroïde (cf mes remarques sur la matière noire froide).

[Deedee81]

Justement, je me posais la question. Les neutrons qui ne sont pas confinés dans un noyau atomique par l'interaction forte ont une durée de vie assez courte (de l'ordre de 10 ou 15 minutes si je me souviens bien). Comme la désintégration libère un proton, un électron et un antineutrino, je suppose que la recombinaison est rapide et que le neutron se reconstitue presque instantanément, et que donc les étoiles à neutrons sont le siège d'une intense activité interne ?
Ou bien l'importante force gravitationnelle qui y règne aurait elle tendance à stabiliser le neutron ?

Franchement, je ne sais pas. J'aurais tendance à dire le second (car une désintégration ne se produit que si elle est énergétiquement favorable, ce qui n'est pas le cas ici à cause de la gravité).
Mais je peut me tromper. Je n'ai pas du tout de certitude sur ce point.

Merci pour vos remarques. Il semblerait que j'ai mal compris le processus de création du quark S. J'avais pourtant lu sur wikipédia que "dans des conditions spéciales (un plasma de quarks), des quarks u et d peuvent fusionner pour donner naissance à un quark s" (article sur le strangelet).

Oui, oui, ça c'est correct. C'est juste que ce quark s ne reste pas là très longtemps, il se désintègre.

Je vois que dans cet article wikipedia il font justement référence à la possibilité hypothétique des étoiles étranges. Ca tombe bien

Je ne connais pas l'article de Eubanks et je ne le critiquerai pas.
Par contre, attention à vixra. On y trouve de bon articles mais aussi des articles aberrants. Méfiance. Je conseille plutôt ArXiv (même si là aussi on trouve de ci de là un article HUMMMMMM.... mais c'est beaucoup plus rare)

Ceci étant dit, le sens profond de ma question est clairement de savoir si un astéroïde contenant une matière quelconque pourrait techniquement permettre de produire de l'antimatière

Très très très peu. C'est déjà arrivé que des astéroïdes percutent la terre et s'il y avait eut une production quelque peu sensible d'antimatière, la Terre n'existerait plus. Elle aurait été vaporisée.

[Monsieur_Leland]

J'ai pris un lien sur Vixra, mais l'article est disponible sur plein de plateformes. Je l'avais ainsi initialement trouvé sur https://www.academia.edu/5092209/Pow...d_Quark_Matter , et ses conclusions sont reprises sur la page wikipédia anglaise du voyage interstellaire.

Cela dit, je ne parle pas d'un astéroide d'antimatière, et Eubanks non plus. Un tel objet, s'il existait, n'aurait pas existé bien longtemps, et ne pourrait, si par miracle il arrivait chez nous, pas rester stable, vous avez entièrement raison. La vision que propose Eubanks est un astéroide CONTENANT de la matière quark, ce qui permettrait de l'irradier de protons pour qu'il produise par réaction des anti-protons. Mais est-ce techniquement possible?

[Deedee81]

Cela dit, je ne parle pas d'un astéroide d'antimatière, et Eubanks non plus.

Moi non plus. Je parlais de l'antimatière (hypothétique) produite lors de l'impact.

Pour le reste, je manque de temps pour lire l'article. Désolé, Y aura peut-être un autre participant plus courageux.

[Monsieur_Leland]

Pour le reste, je manque de temps pour lire l'article. Désolé, Y aura peut-être un autre participant plus courageux.

Mais ou est passé votre curiosité de scientifique ? Cette théorie est extrêmement intéressante sur le papier. Seulement je ne saisis pas entièrement les conditions de formation d'un tel astéroïde. Une bonne âme charitable se dévouera t-elle pour le savoir? Rappel du lien pour ceux qui ne l'ont pas vu: http://www.vixra.org/pdf/1312.0190v1.pdf

Merci!

[Deedee81]

Salut,

Mais ou est passé votre curiosité de scientifique ? Cette théorie est extrêmement intéressante sur le papier.

C'est pas un manque d'intérêt, c'est un manque de temps.

Ici, je suis au boulot, je ne peux donc pas consacrer beaucoup de temps à des lectures !
Et chez moi, j'ai mes propres lectures/travaux.