Materia Extraña

La materia extraña (o strange matter) es un tipo hipotético de materia formado por quarks up (u), down (d) y strange (s) en un estado colectivo denso y estable. Se propone que podría existir en condiciones extremas de presión, como en el interior de estrellas de neutrones o en partículas exóticas llamadas strangelets.

Definición de materia extraña:

La materia extraña es un estado de materia compuesto por:

• quarks up (u)
• quarks down (d)
• quarks strange (s)

en proporciones casi iguales, formando un plasma de quarks desconfínados extremadamente denso.

Surge de la teoría de materia de quarks aplicada a densidades ultraaltas.

Origen teórico:

Deriva del modelo propuesto por Edward Witten (1984):

La materia formada por quarks u, d y s en equilibrio podría ser más estable que la materia nuclear ordinaria.

Esto convertiría a la materia extraña en un estado fundamental para grandes masas (como estrellas).

Formación y condiciones necesarias:

La materia extraña solo podría aparecer cuando la densidad es tan alta que:

• los nucleones (protones y neutrones) colapsan
• los quarks se desconfínan
• la energía es suficiente para convertir d → s

Esto ocurre probablemente en:

• el núcleo de estrellas de neutrones,
• fases tempranas del Universo,
• colisiones de estrellas compactas,
• o de forma hipotética, en laboratorios de energía extrema.

Propiedades físicas de la materia extraña:

Estados de materia extraña:

• Quark matter (materia de quarks)


• Plasma formado por quarks u y d principalmente, sin presencia requerida de quarks extraños.

• Strange matter (materia extraña)


• Versión más estable con presencia significativa de quarks s.

• CFL phase (Color-Flavor-Locked)


• Estado extremadamente denso donde los quarks de diferentes sabores están emparejados por la interacción fuerte.

Strangelets (pequeñas gotas de materia extraña):

La materia extraña puede existir en pequeñas unidades llamadas:

Strangelets

“Gotas” de materia con quarks u–d–s que podrían ser:

• estables,
• semiestables,
• o inestables según su tamaño (A > A_crit favorece estabilidad).

Su búsqueda es experimentalmente activa, pero no han sido detectados.

Materia extraña en estrellas compactas:

Es posible que algunas estrellas de neutrones realmente sean:

Estrellas de quarks extraños o Estrellas híbridas

En ellas:

• el núcleo está formado por quarks u–d–s desconfínados,
• mientras que las capas externas siguen siendo nucleares.

Estas estrellas serían más compactas y tendrían:

• radios más pequeños,
• mayor rigidez,
• límites de masa diferentes.

Estabilidad en la Hipótesis de Witten:

La hipótesis de estabilidad afirma:

• La materia extraña es la forma más estable de materia bariónica para grandes números bariónicos.

Esto significaría que:

• la materia ordinaria (de protones y neutrones) es metastable,
• y podría “convertirse” en materia extraña bajo suficiente presión.

No hay evidencia empírica, pero es un área de investigación activa. La materia extraña posiblemente estaría presente en:

• estrellas de neutrones,
• estrellas de quarks,
• colisiones astrofísicas,
• o hipotéticamente como strangelets.

No ha sido observada directamente, pero su estudio es crucial para entender la física de alta densidad, la cromodinámica cuántica (QCD) y la estructura de las estrellas compactas.