Physics and astrophysics of strange quark matter

Abstract

3-flavor quark matter (strange quark matter; SQM) can be stable or metastable for a wide range of strong interaction parameters. If so, SQM can play an important role in cosmology, neutron stars, cosmic ray physics, and relativistic heavy-ion collisions. As an example of the intimate connections between astrophysics and heavy-ion collision physics, this Chapter gives an overview of the physical properties of SQM in bulk and of small-baryon number strangelets; discusses the possible formation, destruction, and implications of lumps of SQM (quark nuggets) in the early Universe; and describes the structure and signature of strange stars, as well as the formation and detection of strangelets in cosmic rays. It is concluded, that astrophysical and laboratory searches are complementary in many respects, and that both should be pursued to test the intriguing possibility of a strange ground state for hadronic matter, and (more generally) to improve our knowledge of the strong interactions.

Toward an understanding of thermal X-ray emission of pulsars

“…Furthermore, when the two-flavor baryonic matter impact upon the surface of a SQS, it will burn into the three-flavor strange quark matter phase, and the latent heat of ∆ε ∼ 10 MeV -∼ 100 MeV per baryon could be released in the phase transition (Madsen, 1999). The luminosity of stellar heating in this situation could then be…”

Bare Strange Quark Stars: Formation and Emission

“…Recently, much attention is paid to the study of BSSs, because the peculiarity of quark surface properties may eventually help us to identify a quark star (e.g., Xu 2002a). Although most of literatures are concerned with crusted strange stars (e.g., Madsen 1999, for a review), several groups are doing care about the study of the physics and astrophysics of BSSs. Usov (2002, for a review) proposed a mechanism for e ± (and thus photon) emission in the superstrong electric field above the surface of a hot BSS, and considered possible heating evens of BSSs in order to explain some astronomical phenomena; while Ray et al (2000) calculated the mass-radius relations of BSSs with finite temperatures (upto 70 MeV).…”

Matéria de quarks (strangelets) de origem astrofísica e sua detecção por experimentos terrestres

“…Em princípio, essas duas classes de estrelas compactas (estranhas e de matéria nuclear ordinária) poderiam coexistir. No entanto, se a SQMé o estado fundamental da matéria bariônica fria e densa, então as galáxias devem estar contaminadas com strangelets que, dependendo das suas energias [44], poderiam converter estrelas de nêutrons em estrelas estranhas [45,46,47]. Então, fatalmente todas as estrelas de nêutrons seriam convertidas em algum período de sua existência em estrelas estranhas.…”

“…Como resultado, a energia necessária para criar pequenos pedaços de SQM aumenta conforme o número bariônico decresce até que atinja um valor acima do limiar para decaimento por emissão de nêutrons, ou seja, até que sua energia por unidade de número bariônico esteja acima de ∼ 930 MeV (ver figura 2.3). Como mostrado em [79] e [45], o número bariônico crítico para strangelets sem emparelhamento de quarks existe mesmo a temperatura zero.É sabido que quanto menor o valor da constante de sacola (sempre respeitando o limite B 1/4 ≥ 145 MeV) e maior o do gap de emparelhamento, mais estávelé a matéria estranha em bulk [15,21]. No caso de strangelets CFL com altos valores de ∆ e relativamente baixos valores de B, quando a análiseé feita nas bases do modelo de sacola do MIT, a existência de A crit não parece tãoóbvia.…”

“…Quando consideramos ǫ 0 = 930 MeV (veja seção 3.1), estamos superestimando o valor da massa da strangelet (para um dado conjunto de parâmetros escolhido) por desprezar as contribuições de superfície, curvatura e efeitos de camada [45,79]à energia dessas partículas.…”