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夸克星

夸克星（英语：Quark star）由奇异物质组成，是一种理论假设可能存在的引力致密星体，需要更多的观测数据及关键遗失环结理论推导来佐证其真实性。

实验验证方面，关键的奇异物质理论至今还是假说，至2013年五月为止，没有任何可能的夸克星类型被证实或理论可以完全自洽，基础成分“H双重子”亦未被寻获，最后一组对“H双重子”进行搜寻实验的是日本KEK（高能加速器研究机构）与日本原子能研究开发机构（JAEA）的合作项目J-PARC，目前尚未有结论。

2013年6月17日，北京质谱仪BES III与日本KEK的Belle团队在研究疑似粲夸克偶素（Charmonium）的Y（4260）时，分别独立发现Zc（3900），实验报告于美国物理通讯上发表，Zc（3900）的夸克态可能是ccud或是介子分子混杂态（hadron molecule），是目前迹象最明确有可能被正式认定的第一个四夸克态粒子（双夸克反双夸克态）。Zc（3900）如果确认成立，其意义十分重大，将正式确立多夸克态物理的成立，确认一整门新物理学的出现，多夸克态一旦成立，则夸克水平的星体均可能成立，但不见得是奇异夸克星，也有可能是混杂态夸克星或是孤子星产生几率更高，这对近代天体物理发展而言是一项很大的突破，一整个族系的多夸克态星体均有可能被列入天体物理的研究范围内。

对夸克星模型产生矛盾的现有物理实验当中，在2013年1月，质子大小再度被确认为0.84087飞米，以μ-氢原子（Hydrogen muon）作为测量基准，置信度为7σ，远比使用氢原子精确许多，推翻百年以来推算的大小0.8768飞米，完成验证程序，正式为物理学界承认（2010年，德国马克斯·普朗克量子光学研究所（英语：Max Planck Institute of Quantum Optics）（MPQ）首度测量μ-氢原子所得数据大约为0.8418飞米，其后被物理学界称为质子大小谜团）。该数值导致量子电动力学当中的一些物理常量可能必须修改，例如“里德伯常量”。质子的夸克态为uud，质子大小修正幅度达4%，这意味过去推导的“H双重子”uuddss物态方程，在数值计算上几乎是全面错误的，短距力的效应在夸克星模型当中被低估许多。由此可以确信的是现有的夸克星模型全部都是需要修正的，这包含了夸克星半径的推算、引力致密程度及内部能阶所能产生各类衰变粒子所造成的星体稳定性问题，2013年以前推导的夸克星模型没有任何一个是正确的，引用新数值重新计算的工作还在进行中，尚未有相关的新论文出现。

理论发展方面，2013年3月中，CERN宣布了希格斯玻色子的能阶大约在125.3-126.0GeV之间，如果CERN以外的第三方对照组实验的数据同样验证此一数值（现代科学程序上要求CERN以外的机构重复检验正确性，至少要有CERN以外的一个单位或多个单位进行重复证实，CERN的发现并非最终结论），则此一能阶则表示夸克星核心将会频繁地形成希格斯玻色子及比较强烈的真空极化效应，甚至会形成稳定的希格斯玻色子物质团，夸克星的组成将不再是单纯的奇异物质团，模型还必须考虑到与希格斯玻色子的交互作用，旧有推导的夸克星模型则几乎全面都存在错误。考虑到夸克星是最可能进一步坍缩成更高密度的引力致密星体，核心当中含有高密度的希格斯玻色子应当是一个正确的物理推论结果，提供了完美解释了进一步坍缩的成因，过往的夸克星模型通常避开此一量子效应，在希格斯玻色子能阶确认以后，夸克星模型无可避免地需要进行全面修正。

在质量生成贡献度方面，希格斯玻色子一般只贡献大约10%以下，90%以上是由夸克与胶子之间的力所赋予，质子质量当中，夸克仅占5%，胶子不具质量，其余质量贡献为夸克与胶子之间的交互作用所贡献，由于H双重子尚未寻获，无法得知其实际质量，在夸克星的密度及强引力参数下，夸克与胶子之间的交互作用对质量的贡献比例是否会发生重大改变，成为夸克星模型当中的关键要素，对于其是否进一步坍缩或是维持长期结构稳定，以及星体总质量的生成因素，有关键性的影响，同时也全面影响夸克星的演化结构，旧有的理论物态方程均未考虑到此一因素，明显需要进行大幅度修正。

希格斯玻色子的发现，将会使得夸克星研究成为新物理学及“巨观宇宙结构研究”的关键性角色，夸克星引力及质量生成机制涉及使用广义相对论的部分必须几乎全面修改，物态转换过程[a]的进一步研究，对于证明广义相对论是一个错误的物理理论有很大的帮助[b]，目前夸克星机制的矛盾，大多数都来自于使用广义相对论假设，假定广义相对论存在错误的假设，并且采用新的量子引力延展理论，例如霍拉瓦重力（英语：Hořava–Lifshitz gravity）或是标量不变量（Scalar invariant）系列约十余种延展理论，在高能阶区域进行修正，对于寻找正确的夸克星模型及证明“经典黑洞理论”是错误的天体物理理论会有很大的帮助，而正确的夸克星模型则对暗物质、巨引源、超级星系长城及巨观宇宙结构有决定性的影响。

夸克星模型

以夸克水平为基础的星体在理论模型上至少有三种，“奇异夸克星”、“孤子星（英语：Soliton Star）”及“玻色星”。

 
爱德华·威滕的奇异物质理论构成“奇异夸克星”

奇异夸克星

“奇异夸克星”是科普文章通称的“夸克星”，成分以奇异物质为主，主要建立在威滕假说上，专业学者文章多以“奇异星”来区分其差异，强调出其为奇异物质所组成的夸克星，由于“奇异星”有时会跟“奇特星”（Exotic star）发生混淆，而“孤子星（英语：Soliton Star）”及“玻色星”本身都有专有名词，故一般称“夸克星”系指“奇异夸克星”，而专业研究者之间因为有共通语言，因此学术论文中则大多以“奇异星”来避免泛指所有类型的夸克星。

“奇异夸克星”在“希格斯玻色子”的能阶确认以后，是否能够称为“夸克星”已经开始形成一个重要的疑问，希格斯玻色子的能阶明显导致“奇异夸克星”不是单纯地由“奇异物质团”所构造成的，原有的理论需要大幅度进行修正。其次，质子大小的实验数据，导致原有夸克星的短距力计算需要全部重新推导，新的物态方程尚未有任何研究报告发表。

孤子星

“孤子星（英语：Soliton Star）”（Soliton Star）以诺贝尔奖得主李政道所推出的“非拓朴性孤子”（Non-topological soliton, NTS）为理论基础（拓朴性孤子的模型目前有Skyrmion），主要是以纯粹“费米子”具有孤子波性质的“孤子”来组成夸克星，被认为是“暗物质”的最佳候选者。由于宇宙间有95%以上的物质属于暗物质（26.8%）或暗能量（68.3%），孤子星（英语：Soliton Star）为暗物质的最佳候选者，“孤子星模型”则在天体物理学当中形成一大门派，在宇宙学上是非常重要的一个分支，解释了宇宙间观测到的质量遗失问题。

玻色星

 
雷蒙·鲁菲尼（Remo Ruffini）的理论研究导致玻色星概念出现

“玻色星”则为以纯粹玻色子来组成夸克水平的星体（复合玻色子），由于普通的星体一般是以费米子为主的重子所组成，星爆不能供应足够的玻色子，玻色星被认为不能由星爆产生，而是由大爆炸时期所遗留下来的暗物质，或是存在于星系核当中作为“巨质量玻色星”。因为希格斯玻色子的加入，“巨质量玻色星”应该是最常见的形式，星系核在这一理论当中被认为是玻色星而非黑洞所组成的，此即为“银河中心星系核是由暗物质所组成”的说法来源，此一说法比“银核是由黑洞所组成”更加合理，矛盾较少，同时作为星系核的玻色星无法任意被制造出来，也是观测当中没有见过黑洞吸聚物质因而产生婴儿银河的合理解释。玻色星的性质相当奇怪，活动模式也非常多样化，许多人关注的黑洞、孤子星（英语：Soliton Star）、夸克星及重力真空星的活动与玻色星相较之下可说堪称无聊至极，由此可见玻色星具有很高的研究价值。

另外还有一些理论尚不成熟的部分类型夸克星模型推出，例如：“裸奇异星”、“混杂态夸克星”与“夸克行星”。

黑星

有些观点认为，作为黑洞替代方案最佳选择之一的黑星（Black star）：“重力真空星”，其真空极化外壳组成成分因为是透过玻色–爱因斯坦凝聚态所产生的，由于大部分天体都是由重子所组成的，而重子的成分是由夸克所组成的，因此天体坍缩后形成的重力真空星也应该是由夸克所组成的，所以“重力真空星”应该也是属于夸克星的一种类型，不过“重力真空星”并未推导出其内部实际组成物质。

此外“重力真空星”虽无奇点，但是却有一个类似“事件视界”的“拟事界”，星体活动近似于黑洞，使得外部观测者没有任何手段来区分重力真空星与黑洞的差别，要透过观测来证明其组成物质为夸克，存在巨大的技术难度，难以提供确切证据说明理论的正确性，此外理论中隐含使用了“时间量子”（chronon）的维度紧化，用以解释致密星的时间停滞现象与坍缩空间壁的产生过程，而“时间量子”在物理实验中尚未被发现，因此要说服大部分天体物理学家做此归类，恐怕还需要更多的理论推导与实验观测。

分类与实验观测

孤子星（英语：Soliton Star）及玻色星经常被归类为暗物质星，重力真空星则倾向于被归类于暗能量星，由于人类离真正意义的宇宙航行能力相距甚远，无法实际近距离观测暗物质星，短期内的未来，“孤子星”、“玻色星”及“黑星”无法验证推论是否正确。

关于“奇异夸克星”，并没有任何报告指出科学家找到自然界中的奇异物质，目前以LHC拥有的1.4×1013电子伏特的能阶而言，尚无法制造出夸克星的基本组成物质H双重子（阳春版奇异物质）。目前LHC ALICE侦测器及日本春天八号（SPring-8）等各大重离子加速器均有此搜寻计划，而天文观测的数据只说明夸克星候选星可能不是中子星，而没有指出其与夸克星性质有吻合之处。要确定一颗星体是否为夸克星，还需要非常多的努力。

在相对论性重离子对撞机、LHC、阿尔法磁谱仪及分子科学研究所（英语：Institute for Molecular Science）等单位对奇异物质的实验报告出炉前，轻言断定有夸克星的存在并非恰当的举动。

奇异物质假说

假说

正常含有的奇夸克的物质是不稳定的，奇夸克较上夸克及下夸克重，例如Λ0粒子 [c]会透过弱作用力衰变成只含有上夸克及下夸克。Bodmer及爱德华·维腾提出的奇异物质假说认为大批的夸克聚集在一起，未考虑重力作用的条件下，这些聚集的夸克由于“包立不相容原理”进入稳定态，不受此局限，最低能阶的状态是拥有三者相同数目夸克的均能阶，这个能阶被称为“奇异物质”[4]（页面存档备份，存于互联网档案馆）[5] [d]。


粒子核基本上是由三个夸克所组成的，根据这个理论，“奇异物质”比正常的粒子核更加稳定，并且所有的粒子核都有衰变成“奇异物质”倾向，只不过这个过程有可能比宇宙年龄还久。奇异物质的稳定程度依据大小决定，太大的奇异物质会因其表面张力，倾向于变成小号的奇异物质，如果超过一定的临界值，则奇异物质便转变成越大越稳定的状态。这就是“奇异物质假说”，也就是夸克星的立论基础。

这个假说并未获得证实，导致夸克星实际上也只是一个假说。

事实上，“奇异物质”的最小号版本“H双重子”（有时也称为ΛΛ双重子态，S=-2,I=0,B=2,JF=0+，夸克态udsuds或uuddss），是由Robert L. Jaffe在1977年开启的系列工作所提出的，其后的研究者又提出了D*、N-ω、ω-ω双重子态及其他的更低能阶多夸克稳定态。

“奇异物质”名称的来源是罗伯特·贾菲（Robert L. Jaffe）在1984年的论文"Strange Matter"[3]，“奇异滴”（Strangelet）是由爱德华·维腾所命名，实际上两者在专业的含意上有少许的差异，“奇异滴”代表的大批的夸克聚集在一起具有奇异性的多夸克物质。“奇异物质”与“奇异滴”是两个不同的词汇，不可混为一谈，主要是奇异性的物理性质差异，最小版本的奇异物质“H双重子”，低密度及低引力的条件下，并不具备奇异性，同时寿命也很短（2 × 10-9 s）。

至今为止全球实验室寻找超过三十年，没有任何一个得到实验的证实，一个“H双重子”都没有找到，包含NASA的月球土壤样本也没有找到“奇异物质”，其他的双重子态亦不曾被验证过。目前对“奇异物质”的任何实验并不足以产生任何危害公众的灾难性结果。

理论上来说，LHC及RHIC各大重离子加速器寻找“H双重子”的活动没有任何危险性，奇异性的证明需要有技术手段来凝聚大批高密度H双重子，使其产生奇异物质理论预测的反应，这种实验无法在重离子加速器上面进行，因为重离子加速器使粒子速度太高、而密度太低，重离子加速器形同对粒子加热，而H双重子的形成过程却是需要冷冻，现有的技术能力无法在夸克禁闭突破以后，在10-8秒的瞬间将夸克冷冻凝结成双重子，因而重离子加速器要制造H双重子的几率非常的低，地球上所有的实验室目前都还不具备使“奇异物质”产生奇异性的实验条件，此外低密度H双重子寿命短，保存H双重子的技术手段尚未有任何发展可能，无法实际进行奇异物质奇异性的实验证明。而且奇异性实验的费用极度高昂，任何国家无法单一承担所有实验费用，在各国财政受金融因素导致极度困难的当前，短期内要证实奇异物质理论的正确性，恐怕难度甚大。

中子星内转化奇异物质的反应

奇异物质一般相信是在中子星的过程当中所产生的，并且扮演主要的催化坍缩成因，几个主体反应如下：

  • n → u + d + d（夸克禁闭突破，中子被瓦解成夸克简并态。）
  • u(1) + d → u(2) + s（非轻子弱作用过程，夸克胶子等离子中产生奇夸克相变，能阶大约在170MeV，一般称之为“火球”，夸克星模型经常使用“火球模型”进行分析。）
  • u + d + s + u + d + s + g → H0（直接六夸克反应，同位旋I3=+1⁄2-1⁄2+0+1⁄2-1⁄2+0=0，同位旋为整数，因此是玻色子，遵守玻色爱因斯坦统计。）

或者

  • u + d + s → Λ0（Λ0重子，奇异物质均能阶态的基本形式。）
  • u + d + s + (g) → R baryon（超对称R重子，超胶子（g）是胶子的超对称伴子，奇异物质均能阶态的基本形式，记号为S0，仅在超对称理论成立下才会发生，属于SIMP粒子。）
  • Λ0 + Λ0 → H0

此即为命名H双重子的名称来源，由两个Λ0重子所组成的粒子，两个重子所组成的一个多夸克态粒子，即双重子态，也是当前夸克星理论是否成立的最严重阻碍。

此后，H0与Λ0再继续进行其他反应，进入其他更好的稳定态，一直到发生奇异性为止，便可以形成奇异物质。不过，这个过程实际上还大有细节上的各种疑问存在，各项机制不曾被仔细研究过，实验数据无法取得，目前没有人有能力提出真正的机制解释，也是主要的争议焦点之一。

低密度、低引力及声速下的稀薄H0粒子并非奇异物质，并且容易发生衰变：

  • H0 + γ → Λ0 + Λ0
  • H0 + γ → Ξ0 + n
  • H0 + γ → Ξ0 + Δ0
  • H0 + γ → Ξ- + p
  • H0 + γ → Ξ- + Δ+
  • H0 + γ → Σ- + p

或是衰变成介子。

不稳定性使得储存成为技术上极大的困难，低密度下形成奇异物质的几率微乎极微，聚集大批高密度H0粒子是一项技术上及财力上的极大困难，导致奇异物质实验成为短期内不可能的任务[4][5]。

实验费用极度高昂

这个形成奇异物质反应（威滕假说）的实验费用极度高昂，具有高度危险性，克服避免产生具有毁灭力的带负电荷奇异物质的技术难度高，任何单一国家无法独立进行，以其危险性而言，可能全球所有国家政府都不会批准这样的实验，出于安全性的考虑，最后可能只能在离地球轨道极远的太空实验室当中进行，除非发展出可行的廉价安全实验方法，否则难以验证正确性。

H0粒子的实验则单一实验室可以进行，没有危险性。

高度争议性

天体物理学家相信这个中子星内的奇异物质发生过程是由于H0粒子开始进入更稳定的多夸克态，多余的能量向外释出会导致中子星的外壳受到内部的能量流冲击，外部结构因为压力严重失衡而瓦解，将中子星壳层全数向外抛出，产生极超新星爆发。

这个过程是许多非主流学派论述的主要争议焦点，过程中的质量遗失问题发生过许多次明来暗去的学术战争，各学派几乎都使用尚未经过验证的理论推导，非主流的量子虫洞学派认为产生量子虫洞及质量传送效应，因丑闻而不被信赖的扭旋场论则坚持发生了超光速现象导致质量遗失，而古典理论则无法妥善解释这个问题，只是用敷衍的方式搪塞质量在爆发时全数抛出而无法观测到，详细而确定的发生细节，由于实验数据的难以取得，至今尚未有定论，具有强烈的争议性。

地球上的实验方法

地球上的实验方式并不需要直接使用上述反应式，只要可以满足构成：

u + d + s + u + d + s + (g) → H0（实验室目前无法制造的原因之一是目前对胶子没有技术能力控制，因此看似简单的反应，实验数十年却无法达成。）

即可。

任何可以供应这样反应的连锁反应都可以进行这样的实验，没有一定非要用中子来进行实验。

重离子加速器实验数十年无法找到的原因，也源自于达成这个反应所需要的实验条件难度很高，三十六年来使用各种可以想像的手段，大型实验搜寻活动超过三十多次，实验报告超过七千次，均没有办法克服困难成功达成制造H0粒子，主要因素是目前对于胶子实验控制的技术能力还在起步阶段，没有办法顺利将胶子与夸克顺利连接成H0粒子，同时重离子加速器因为必须将粒子加速，粒子高速运动下，使得突破夸克禁闭后的瞬时密度无法提高到创造六个夸克瞬间集结成一个粒子的密度条件。

Λ0 + Λ0 → H0（目前的主要实验方法）

大部分实验使用将Λ0重子加速来进行实验，目前理论预测的主要稳定岛集中在H(2220)，h(2250)，实验数据已经排除2.202GeV以下的可能性。

另一个主要的实验构思是使用零号元素（Neutrium），或者是称为四中子（Tetraneutrons）的物质，或是更进一步使用多中子物质（Polyneutron）。H0粒子无法储存，因而不可能对奇异物质进行实验，但多中子物质却还有机会及技术能力来达成，透过瞬间高密度高能激光加压产生局部的中子星内环境，达成下述反应：

  • 4n (Neutrium) → 4u + 8d
  • 4u(1) + 4d → 4u(2) + 4s
  • 4u + 4d + 4s → 4Λ0
  • 2Λ0 + 2Λ0 → 2H0
  • nH0 → S2n（Strangelet，奇异滴反应）

使得一个零号元素变成两个H0粒子，然后再创造高密度加压环境使H0粒子进入更稳定的多夸克态直到转变成奇异物质。非理论主流封闭而不对外发表论文的量子虫洞学派曾经进行过类似的实验，以低温玻色爱因斯坦凝聚态进行高密度高能激光加压，试图产生量子虫洞，透过非正式管道流出的非公开实验结果说明这种方法可能因为需要突破夸克禁闭，而导致场势的能阶提升而无法进入稳定态（该实验因资金不足无法达成精度及指向性而最终宣告探测失败）。[6]

nH0 → S2n奇异滴反应如果是连锁反应，则是个极端危险的实验，学术研究如果确定其发生可能性后，应当禁止此项实验于地球上进行。

第三系列主要的方法是使用B介子或K介子进行合成实验。

实验室一般都不采用直接侦测H0粒子的方法，而是采取侦测H0粒子衰变后的粒子散射来进行侦测，例如：

H0 → Σ- + p → n + π- + p

或是

H0 → Λ + π- + p

连锁反应，由于鲍立不相容原理，ΣN的反应倾向大于Λn。

另一种搜寻方法曾经被使用过，197Au + 197Au对撞，这个对撞理论上产生三个可能的连锁反应序列：

  • Λ + Λ → H0
  • Σ + Σ → H0
  • Ξ + N → H0

系统复杂度变因多

上述反应式目前来说，还存在许多争议性，例如：

  • n → u + d + d
  • u(1) + d → u(2) + s

没有任何物理学家会相信这个反应在数量上是完美均衡的，也就是说这个过程实际上不可能只产生H0粒子，还会产生“孤子态”、其他“非奇异性双重子”及“介子”，纯粹以奇异物质物态方程构筑的奇异夸克星是不可能存在的，包含了其他物质状态方程，并且考虑了量子引力修正的夸克星才是正确的夸克星模型。

不均衡导致的结果之一如下：

4n → 4u + 8d

3u(1) + 3d → 3u(2) + 3s

3u + 3d + 3s → 3Λ0

Λ0 + Λ0 → H0

最后形成：Neutrium → H0 + Λ0 + n，实际上这是最有可能发生的状况之一，中子星演化成孤子星的可能性也是存在的，中子星物理学当中称此为“混和气态中子星”。

这导致“血统纯正的奇异夸克星”实际上实验天体物理学家是不可能相信它可以真实存在，该反应的系统复杂度大幅度增加，星体稳定度的计算难以评估，理论天体物理学家因为推导上的便利性，阅读者喜欢看优雅的物理公式，完全一厢情愿地相信有可能发生，并且尽量避免讨论“血统不纯正的奇异夸克星”，而倾向于让推导方程看似完美无暇，而实验天体物理学家坚持不可能，推导的物态方程繁复而难懂，模式繁多而难以理解，机理错综复杂，关连的反应式参数超过上千个，连专业的专家同行都不见得看的懂，处处顾忌、处处疑问、处处怀疑，而理论物理学家通常喜欢只使用低于二十个关连的反应式参数，经常将实验上生成率低于10-8的参数设定为100%，让学术论文容易在具权威性期刊上发表，引来实验天体物理学家的猛烈抨击，实验天体物理学家的论文通常极度难懂而篇幅极长，审稿者没有能力断定正确性，因而在权威性期刊不常出现，这导致两方意见完全相左，争吵长年不断，也就使得夸克星的真实存在性再添一笔可长期争吵的项目。[7]

目前并未发现禁止双重子态成立的物理机制

虽然一直有物理学家怀疑存在不明因素禁止双重子态发生，导致无法发现H0粒子（不可能发现一个不会存在的粒子），目前并未发现禁止双重子态成立的物理机制，但是却也一直无法成功制造出任何的双重子态，目前在高能物理上，依然还是个悬案。

高能物理学家一直保持乐观认为双重子态成立，并且持续搜寻多夸克态粒子的存在，主要除了理论允许以外，未发现任何物理机制禁止双重子态成立也是一个重要因素。

中子星演化原则上支持奇异物质假说成立

中子星演化的五种可能性，理论原则上都支持奇异物质假说成立。

中子星→夸克星

中子星→重力真空星

中子星→先子球 （假设先子理论成立）

中子星→模糊球

中子星→黑洞

中子星→先子星→黑洞

上述五种中子星的可能演化途径均支持奇异物质假说成立。

中子星如果可以演化成夸克星，则奇异物质假说必定成立。中子星如果可以演化成重力真空星，则真空极化的现象的出现，密度的条件要求，亦需要奇异物质假说必定成立。中子星演化成先子星所需要的密度，除了奇异物质理论及非拓朴性孤子理论以外，目前没有任何其他的可行理论选择。中子星演化成模糊球，及中子星演化成黑洞，或是先透过演化成先子星再演变成黑洞，其中所需要的真空极化产生空间壁，进而导致引力坍缩，都需要透过先产生奇异物质所拥有的密度来建立所需要的场。

具有可见的科学及经济上的高度价值

对中子星机理更加深入地研究，对夸克星机制的了解有很大的帮助，许多在夸克星研究上遭遇重大阻碍的学者，多数再度转回中子星做更深入的多夸克态机制研究，这样的研究路径对现行物理层次有极大的提升，目前也吸引了许多优秀科学家投入，而H0粒子本身理论上也在材料科学及高效能引擎上具有巨大潜力。

六夸克态总计有大约三百万种（2,985,984）可能的粒子束缚态，去除掉组合状态，依然有高达数十万种可能的双重子束缚态，对新物质材料及新科技而言是个接近无尽的可发挥空间，实验设计延伸的应用技术，在经济潜力上可能远胜于对希格氏玻色子的投入，而材料本身则在经济上高度可能具有重大价值，也是当前各国为何投入研究多夸克态物理的重要原因之一，研究深度是各国在科学及技术上的重要指标，是一个可以看得到未来的重要研究课题，也是目前许多国家支持的重点研究方向。

H双重子实验直接影响夸克星理论是否成立

H双重子（H dibaryon）除了对多夸克态物理十分重要以外，实验数据也直接影响各种夸克星理论是否成立，这包含物态方程会直接影响夸克星半径上限的计算，各种效应在哪个能阶出现等等。

H双重子及六夸克态的实验只要有实验设计能力就可以进行，许多小型实验室都可以独立进行实验，大部分并没有危险性，目前的实验数据都表明六夸克态高度可能成立。

奇异物质实验，除了有高危险性以外，目前则所有大型实验室都不具备条件进行实验，实验的困难性，包含了制造、储存并聚集双重子，制造高密度环境产生奇异性，分离带电负电荷奇异物质，隔离并且将之抛离地球的设备，这些条件都远远脱离现行技术能力之外，短期内进行这样的实验，可能性很低。理论物理学界可能要长期忍耐奇异物质物性实验报告数据缺乏下，对相关理论进行猜测并推论，并且忍受实验数据缺乏下的所造成的见解争议。

现行对夸克星及奇异物质的所有说法，在H双重子实验数据出现之前，可信度必须保持一定程度的怀疑，如果成功寻获后，实验数据会导致几乎所有的相关理论都必须依照数据进行修正。因此，对目前所有相关研究宣称，均可采取质疑或不相信态度。

形成机制

前身星

假定这项奇异物质物质的理论是正确的，那么夸克星的生成来源就可以直接由恒星二次星爆生成或是由中子星演化而成。具备这种条件的星体，基本上以能够发展成沃尔夫-拉叶星为主，某些特定条件下，赫罗图上其他种类的星体也能发展成为夸克星，并不一定需要经历中子星的过程。是否形成夸克星的决定关键，在于星爆时的恒星动力学条件，巨质量的恒星亦可能形成夸克星。

由中子星发展成夸克星

由中子星活动对内核所造成的瞬间压力增大，例如伽玛射线爆或星震，使得内核部位开始产生奇异物质，并且中心密度开始增大，活动时间到达一定临界时，使得内核到达再度坍缩的临界，此时中子星会开始发生坍缩的活动。

由沃尔夫-拉叶星发展成夸克星

沃尔夫-拉叶星是一种快速演化、寿命很短的大质量恒星，质量都超过太阳质量的20倍，会因为星爆而产生超新星或极超新星爆发，爆发的结果会完全粉碎、形成引力致密星或是星云。

由高光度蓝变星直接发展成夸克星

夸克星也有可能从巨质量高光度蓝变星发生连续超新星爆炸时，由于中子星核形成时，超过临界点，但没有形成黑洞，而在形成中子星的瞬间，数十分钟内，再次发展成更大的极超新星爆发，从而直接从恒星演化成夸克星。高光度蓝变星亦可能爆发力量太强，形成完全毁灭的状况，甚至连黑洞都没有留下，只留下星云。

由红超巨星直接发展成夸克星

 
SN 1987A超新星的两次星爆遗迹，外围珠链环的能量明显低于主环的亮度，珠链环可能于形成中子星时向两侧抛出恒星外围物质产生，主环可能是形成夸克星时抛出中子星外围高能物质所产生，但是中心并没有发现任何理论预测应该出现的星体。

质量稍低的红超巨星会变成II型超新星，而质量稍大的红超巨星则会变成沃尔夫-拉叶星，两者均有机会再发展成夸克星。

II型超新星爆发展成夸克星

核塌缩超新星的质量，质量至少是太阳质量的9倍，SN 1987A正是II型超新星，因此它在1989-1990年间，曾经以高速旋转中子星被误认为正式的夸克星（Kristian等人），并在“自然”杂志上面发表，后来发表该论文的同一组科学家承认错误，并不存在高速旋转中子星，并将之修正为未知星体（1991年提出修正，撤回原有宣称，该讯号是仪器的寄生信号，但发生错误的两年当中却意外地大幅度推动夸克星的研究成果，一个美丽的错误），这一错误几乎延续两年被认为是正确的。亚洲方面，因误传认为是2009年由亚洲学者所首先提出，实际上该名学者已经于隔年自行提出修正，相同的错误在二十年前就发生过，而在2000年，Kristian等人再次提出SN 1987A高速旋转中子星的候选讯号（2.14毫秒），也就是说SN 1987A是夸克星并非不可能，只是技术能力还不足而已。SN 1987A在1989年就曾经发生过天文学家咖啡喝太多兴奋过度所导致的集体失眠误判，而该星体的集体失误，由于天体物理学家的期待与幻想，并不是只有被误认为夸克星一项。

由蓝超巨星直接发展成夸克星

蓝超巨星一般质量是10-50个太阳，表面温度为20,000－50,000°C。SN 1987A的前身星是一颗蓝超巨星，当SN 1987A爆发时，传统上认为只有红超巨星才会发生超新星爆发的观点改变，其后修正了许多的恒星模型来说明SN 1987A的现象。由于，没有发现预期的星体，目前普遍认为它发展成为夸克星或黑洞，一般认为前者的可能性比较高，不过也并未排除形成孤子星的可能性。假设它发展成夸克星，则其发生机制应该是发生了连续两次的超新星爆发，第一次坍缩时，形成近似中子星的天体，假设奇异物质假说是正确的，由于形成超过临界点的巨型奇异物质球类物体，在产生第一次坍缩的瞬间，不断吸收夸克，在巨型奇异夸克周围则吸引了奇异物质团，当巨型奇异夸克到达引力发生二度坍缩的临界，发生奇异物质团的抛出星爆。

物理机制

夸克星并非巨无霸版本的中子，事实上它比较像是一颗巨硕的强子，传统理论基本上同步受“量子色动力学”及“引力”的作用，也就是“量子引力理论”，然而目前物理学的进展，并未实际有能力探索到这个等级的物理，量子引力效应是否真实存在依然是个物理学上的疑问，因此所有关于夸克星的说法可信度极有争议性。是否为巨无霸粒子天体，也是个还有争议的主要课题。

参考系拖拽效应圈

 
兰斯-蒂林效应圈

兰斯-蒂林效应圈（Ergosphere，又称Frame Dragging或是Lense Thirring Effect），转动状态的质量会对其周围的时空产生拖拽的现象，这种现象被称作参考系拖拽，延展的理论为“引力磁性”。

夸克星是致密天体，而极超新星爆发后，残余的角动量，将使得夸克星是一个转动的致密天体，一般而言是高速旋转。夸克星如果形成，周围必然会形成兰斯-蒂林效应圈，也就是南北极与赤道在时空效应上有所不同，由于夸克星密度高于中子星，这会产生一些奇妙的效应来让我们有机会断定其实实在在是一颗夸克星的特征。要断定中子星、夸克星及黑洞的分别，正常的夸克星多数是高速旋转的，检定兰斯-蒂林效应圈是一个重要的手段，这三者的参考系拖拽效应有一定程度的区别。

观测者可以利用光圈效应及兰斯-蒂林效应圈，观测进入或脱离夸克星的光子的运动，透过间接的手段，例如粒子含量的分布及潘洛斯过程（旋转黑洞的能量拉出过程，这个效应在夸克星当中是适用的），来间接了解其重力的分布，透过重力的分布重新建立出其兰斯-蒂林效应圈，夸克星的转动速度透过其他方法可以取得，透过这种方法，可以区分出该星体到底应该是中子星、夸克星或黑洞。只有双星以上的系统才能够进行这样的观测[8][9][10][11]。

袋模型的推论

MIT袋模型是目前用以推导夸克星的最主要基础流行理论。无袋模型修正下，夸克星的模型显示出与观测数据差距甚大，模型与观测的吻合程度并不一致。

对夸克星有效的分析方法目前除去“袋模型”，还有半古典修正。

星体半径的计算

 
理查德·托尔曼（Richard Chace Tolman）提出托尔曼－奥本海默－沃尔科夫方程式
 
罗伯特·奥本海默提出托尔曼－奥本海默－沃尔科夫方程式


透过托尔曼－奥本海默－沃尔科夫方程式（Tolman-Oppenheimer-Volkoff limit）来计算，中子星的半径与质量的关系是三次方成反比，考虑以上夸克及下夸克为主的中子所造成的各类反应作用力所造成的结果。夸克星则相反，半径与质量的关系是三次方成正比，考虑以上夸克、下夸克及奇夸克的超核系统为主所造成的各类反应及相关作用力的结果，这个推论并未考虑量子引力效应，因此只能被视为是理论推导的结果，目前还无法透过观测来验证。

这个推论目前已经开始发生争议，特别是状态方程的适用性问题，几种新的说法开始出现，包含夸克星的半径上限比中子星半径上限大，不过都没有实验与观测数据来证明，可信度都不高，特别是奇异物质物性根本并没有任何检验报告，也就导致说法大都属于理论猜测。

夸克星的直径估算上限是10,000米以内，一般应当是大约4,000－7,000米，加上大气的因素，观测上大约小于15,000米的中子星就可以考虑是否其为夸克星候选星。考虑到大小及距离，实验与观测数据难以取得。

2013年1月，使用μ-氢原子对质子大小测定的实验，导致2013年以前推导的夸克星模型物态方程必须全部重新计算，上述数值系由旧理论所推导而得，正确性是必须怀疑的。由于质子大小对量子电动力学的修正尚未完成，理论物理学界还无法找到正确的推导，新的夸克星半径估算亦未被提出。

希格斯玻色子对夸克星的稳定性效应

希格斯玻色子的出现对于夸克星的稳定结构有重要的影响。

H双重子的能阶大约在2.220GeV到2.250GeV左右，而希格斯玻色子的能阶大约在125.3GeV到126GeV左右。当H双重子迈向更低能阶的奇异物质团演化时，更多的能量被释放出来，夸克星内部某些密度更高的临界区域则能持续到达125.3GeV的稳定能量流释放（126 / 2.25 = 56.0，量级仅相差二，既意味发生几率极高，简单的估计方式，夸克星内部至少有1.785%的区域能阶持续处于126GeV左右或以上，忽略希格斯玻色子量子效应的夸克星模型不可能是正确的夸克星模型），当这种情形发生的时候，大批的希格斯玻色子则被撞击而成为粒子型态，这造成至少三种主要量子效应。

第一个量子效应是由于能量因为希格斯玻色子的出现而被吸收掉，使得夸克星不会因为区域能量流过高而立即被瓦解掉，因此可以预期夸克星的寿命比原有推算的模型更长，而能量流被吸收时，则应当会释放伽玛射线爆。

第二个量子效应是由于希格斯玻色子的出现，原有的奇异物质团的结构造成破坏，原有的理论是整个夸克星都是奇异物质团，但是由于希格斯玻色子的出现，这个论点目前则不成立，可能性较高的是夸克星是一团一团的奇异物质团所组成的，而非单一奇异物质团所组成，此即为奇异物质团稳定性的破坏。以此效应而言，基本上可以否决夸克星是个巨型粒子天体的说法，同时也可以否决掉夸克星密度均匀说。

第三个量子效应是由于希格斯玻色子的出现，相关的连锁反应导致真空极化效应的出现，奇异物质团并非如同原有理论所称的具备极长久的稳定性，一部分连锁反应当可成为夸克轻子的转换来源，解释了夸克星当中的弱作用力轻子生成源，而虚粒子对的出现使得夸克星某些局部可以进入比奇异物质更高密度的物质状态，因此迈向更高的星体密度，向下一步更高密度星体演化的理论可以得到完善的解释，亦即比夸克星更高密度的星体应当是理论上可以存在的。

希格斯玻色子应当也是夸克星星震的主要贡献来源之一。

弦理论的推论

弦理论是另外一个极为有效的推论方法，但是由于弦理论的预测至今为止没有任何一项被验证，因此学界普遍不采信。这包含使用快子场论、量子虫洞、弦场论（Torsion Field Theory a.k.a. Einstein–Cartan–Sciama–Kibble theory）及引力磁性进行分析的学派，学界一概不采信，因为物理学是以实验为基础的科学，而这些理论并不符合必备条件，只能被视为非主流诠释，可信度还有很高的争议。

广义相对论导致大批矛盾

广义相对论在夸克星模型上导致大批矛盾及错误，学界目前都采用半古典修正来避开问题，在夸克星模型研究方面，假定广义相对论是一个错误的理论已经是完全必要，特别是劳伦兹变换在高能阶区域的处理方式，产生了无数的争议，研究夸克星模型必须寻求广义相对论替代方案来解决矛盾问题，目前最有希望解决矛盾问题的理论是霍拉瓦重力（英语：Hořava–Lifshitz gravity）。

理论不完备，涉及未知的物理

夸克星相关理论发展并不完备，涉及未知的物理，实验目前无法验证理论，需要使用尚未验证的理论进行推导，“夸克星”性质依然有待更多研究探讨其机制，并且逐步以实验验证每项物理反应机制的真实性来确认其真实可能存在性。

依循渐进的物理验证法，首先必须由高能物理证实H双重子的真实存在性，其后还必须验证奇异物质的奇异性真实存在性，此二者直接关系夸克星理论是否确立无误，这两项环节目前都还属于当前高能物理当中的重大未解课题，目前的实验都还不支持其真实性。此外，还必须透过实验观测多夸克物质的相变问题，多夸克物理当中，除去“奇异态”以外，至少还存在“孤子态”，两种状态理论上而言会发生相变，此外还有多夸克物质形成复合玻色子所产生的量子统计规律问题，缺失环节大约有三十多项以上尚未验证的重要物理预测，技术力与财务限制短期内还无法实现这些实验，多项变因从而影响夸克星的物态方程，进而全面修正过往发展出来的夸克星理论。

因此，夸克星是否存在需要这些实验确认以后，才能透过观测来逐步推敲及验证，讨论夸克星是否真实存在，这些实验完成验证之前，言之尚早。

目前夸克星机制当中，为方便建立模型而忽略太多重要的细节，大量物理环节都仅仅停留在猜想阶段，实验目前不能验证其真实性，存在太多变因使过往发展的夸克星模型必须进行修正，此为主要由实验物理学家所持有保守怀疑态度的坚强反对理据。

夸克物质形成机制理论

十重态群以下、四夸克以上状态的粒子

实验室当中发现的十重态群以下、四夸克以上状态的粒子：

  • Jaffe 1977，建议四夸克状态的粒子存在，其奇异状态为（qsqs）。
  • Jaffe 1977，建议H dibaryon，六夸克状态有相同数量的上夸克、下夸克、奇夸克（表达为uuddss或udsuds）。
  • 重夸克束缚多夸克系统（QQqq）。
  • 1987年，具有反魅夸克的五夸克状态首次被提出（qqqsc）。
  • 具有反奇夸克及四个由上下夸克的轻夸克所组成的五夸克状态（qqqqs）。
  • 轻五夸克群凝聚成十重态群（十个夸克一群,antidecuplet），最轻的候选者为，Ө+，LEPS日本春天八号于2003年发现。
    • 由Jaffe及Wilczek（QCD）所提出的双夸克模型亦可解释这个现象。
  • Ө++及反粒子Ө−−。
  • 双奇五夸克态
    Φ−−
    （ssddu），十重态群的一员。
  • 2003年，X(3872)四夸克态由日本Belle Collaboration发现。
  • 2004年，带反魅夸克的五夸克态Ө0
    c    (3100)，(uuddc)H1 collaboration侦测到。
  • 2004年，DSJ(2632)四夸克态候选由费米实验室SELEX发现。
  • 2007年，Z+(4430)四夸克态由日本KEK的Belle实验室公布发现，其最简单的夸克结构是四夸克ccud。
  • 2007年，Y(4660)四夸克态由日本Belle Collaboration发现。
  • 2009年，Y(4140)四夸克态候选由费米实验室发现。
  • 2010年，两名来自DESY的科学家及一名来自Quaid-i-Azam University（乌尔都语：جامعہ قائداعظم‬‎‎）的科学家重新分析先前有关于ϒ（5S）介子的资料，发现了一个稳定的四夸克共振态。
  • 2012年，日本Belle实验室发现2个带电荷的介子态，Z+
    b    (10610)和Z+
    b    (10650)，这两个介子最简单的夸克结构是四夸克bbud。
  • 2013年3月，Zc(3900)四夸克态由中国北京正负电子对撞机上的BESIII合作组公布发现，一周后日本Belle实验室发现了称为Z(3895)的同一种粒子。美国的研究人员采用美国康奈尔大学CLEO-c实验保存的数据证实了。2013年底，伴随粒子Zc(4020)与Zc(4025)四夸克态由BESIII公布发现。这种介子态的四夸克结构是ccud。
  • 2014年初，Z(4430)四夸克态由LHCb成功确认。
  • 2014年，德国于利希研究中心发现可能的双重子态d*(2380)。
  • 2015年，五夸克态P+
    c    (4380)与P+
    c    (4450)由LHCb发现。

六夸克态（双重子）、七夸克态与十重态群至今为止，实验观测的置信度都低于6σ，学界依然在争议当中，目前发现的潜在多夸克态候选粒子，大部分都被排除，绝大多数都只是混杂态，目前还没有决定性的证据出现，而SU(4)四夸克态依然有待完善化。

多于十重态群的物理机制解释目前并不存在

多于十夸克的物理机制，至2014年一月为止，并未有任何实际的验证研究报告提出。夸克星远远超过十个夸克，此外尚不论及引力因素，目前所提出的夸克星模型，均多于十个夸克，对于超过十个夸克的物理机制没有任何说明，并未考量现在的物理事实。

实验室目前无法找到夸克星的基本成分H双重子

实验室中尚无法制造出上下夸克转变成奇夸克的多夸克奇异物质，最小号的奇异物质是六夸克双重子（H-dibaryon,uuddss），俗称H双重子，Jaffe的原始推论认为其能阶为81MeV。然而包含RHIC与LHC等粒子加速器在内实验二十多年，投注最少上千名物理学博士，没有任何一个实验室在各种能阶上面报告它们成功找到六夸克H双重子，能量到2.41GeV也没有找到，RHIC则在几乎所有的Low Bound能阶都无法找到H双重子存在的证据，H双重子事实上是粒子物理的热门粒子。如果找到H双重子，而其性质正如奇异物质假说的一样，夸克星的假说才有成立的可能性。

尚无法验证的理论物理预测

带负电荷奇异物质

夸克星产生的带负电荷奇异物质能与正常粒子发生作用。

一般而言，奇异物质（Strangelet）都是带正电荷的，但是在高能撞击下，却能形成带负电荷奇异物质。夸克星的形成机制，却正好是高能撞击，因此，如果奇异物质理论正确，带负电荷奇异物质在极超新星爆发下，并非是个罕见物质。

带负电荷奇异物质与正常粒子发生作用是一个极危险的反应，并且将正常原子转化成奇异物质。如果这个反应不幸的是个连锁反应（按照地球尚未被毁灭的状况来推论，应该不会是连锁反应，但是并没有实际的实验数据说明它的性质），那么极超新星爆发的粒子与地球撞击，将是一个极度可怕的灾难。

至今为止，奇异物质理论都还只是一个假说，许多的争辩还在进行当中。例如，于所有的射线搜寻当中，都没有找到奇异物质存在的痕迹。NASA的月球土壤当中，亦没有奇异物质的痕迹被找到。而对中子星的思维推论，如果奇异物质会转化一般物质，那么中子星最后应该连表面都被转化到奇异物质，但是，实际从光谱上面的观测，都是正常的核所发射出的光谱线。

色禁闭突破问题

 
地球上进行的色禁闭突破实验，引力场明显与夸克星上的引力场有巨大差距，色禁闭突破的能阶是否相同，完全是个疑问，引力参数差距影响实验数据是否可以适用或是必须进行理论修正，目前完全没有技术能力进行验证。

色禁闭突破与强引力同步作用的物理机制目前尚不清楚。

夸克星是透过色禁闭突破（Deconfinement）形成的，形成之时，强引力便已经存在。有研究表明，色禁闭突破在强引力条件下，并非必然成立，强引力的条件下，夸克有可能发生相变，从而使得奇异物质假说在强引力的条件下无法形成，然而这样的研究超出现有的实际物理能力。

此外，带色夸克（dressed quark）是否会出现，也会影响夸克星的外部观测性质。

地球上无法制造这种实验环境，从而无法检验色禁闭突破与重力同步作用下，物理效应确切是什么，理论亦未曾探讨过。[12][13][14]

孤子波震荡关系

Witten奇异物质的奇异态与李政道所提出的束缚孤子态之间可能发生的相变，极有可能在夸克星当中发生，然而它会在星体内发生什么样的具体效应，对于星体机制有何影响，对于星体稳定机制的贡献如何，至今为止并没有系统化完整的研究。

小出义夫轻子质量公式问题

在强引力作用下，小出义夫轻子质量公式（英语：Koide formula）（Yoshio Koide formula）是否还依然成立，这是一个关系到夸克星能源及质量生成机制的重要疑问，目前没有任何手段来检验。

小出义夫轻子质量公式：

 ,

1⁄3 < Q < 1是极为明显的。

电子、μ子及τ子的实验测量值分别为me = 0.510998910(13) MeV/c2, mμ = 105.658367(4) MeV/c2,及mτ = 1776.84(17) MeV/c2，因而得出 。

小出义夫轻子质量公式是物理学当中尚未有答案的神秘质量生成机制问题，目前夸克星的研究几乎都专注于“非轻子过程”，对于轻子的交互作用尽力的避开而不讨论，使得夸克星模型产生明显的空缺地带。

大气消灭速度

夸克星大气消灭速度问题，假设夸克星大气也是由奇异物质（H双重子）所组成的，就现行对多夸克态物理的了解，猜测稀薄的H双重子存在的寿命很短，如果夸克星大气是H双重子，那么夸克星大气消灭速度能够让夸克星维持多久的星体稳定。

由大气消灭速度问题所产生，学者提出了“裸奇异星”，也就是夸克星外围壳层因为H双重子大气的快速衰变，因而使得内核奇异物质完全裸露出来的夸克星。

星体稳定机制

夸克星的星体稳定机制解释，目前实际并不存在，是一个主要具有高度争议性的课题。

夸克星的正确星体结构图目前无人能够提出不产生自相矛盾的理论，这包含了“密度均匀说”及“弱电星结构说”，两者均在提出后有论文再证明其不可能实际稳定，提出者及证伪者都具有高度的专业水平，最顶级的专家同行没有长期仔细检验亦无法看出破绽。

目前科普文章介绍的夸克星图鉴及结构均不是正确的星体稳定结构，目前并没有人成功提出合格的夸克星稳定结构。

“密度均匀说”是理想实验室下的条件，假定了物质完全不发生衰变的条件下才会发生，它将实际上大约1.7%衰变的生成率设定为0%，在物理上1.7%衰变生成率是非常高的数值，这意味夸克星内核经常性会发生粒子衰变，导致密度均匀性的破坏，因此“密度均匀说”是一个看似合理却完全错误的夸克星说法。会有这种说法的出现，基本上来源自科普文章作者并不读专业论文或是无法读懂专业论文，刻意或根本无知地将边界条件设定去除或忽略，而这些边界条件是绝对重要而不可去除的，科普文章作者选择性地将容易吸引读者目光的内容加入，却不提及其发生可能性高度接近于零，因而导致将错误的说法到处传播的问题。

宣称星体可以稳定者多数从某一个角度推算而得到结论（例如只从量子力学或只从引力出发），然而由另一个角度或多个角度进行推算的时候，就会发生该模型的隐藏性陷阱。因此，全面而完整的星体稳定机制，目前并不存在，这包含了单纯使用体黏滞性抵抗强引力作为主要论证的星体稳定机制，该机制由其他角度推算时有理论陷阱使之实际不成立（黏滞性破坏的衰变机制）。

不过，高度体黏滞性依然是夸克星的最重要特性之一。

或者，夸克星本身在宇宙中，就不可能长期稳定存在，至少在SN 1987A的观测上，可以体验到这个现实观测问题。

目前提出的夸克星模型，均没有办法妥善解释内部结构所造成的能量流向可以导致夸克星星体于太空中维持完整性的机制，各类计算机模型均导致星体结构瓦解的预测。这是由于对量子引力效应尚未有任何可行研究成果，对于所发生的效应无法进行正确预测所导致，过去的模型大多使用半古典力学修正建立，发生了一系列模型无法自圆其说的困难。

证明完整的夸克星星体稳定机制及演化过程是一项难度非常高的理论与实验的工作，牵涉太多无法取得实验数据的环节，许多这个领域的顶级专业学者尝试十余年均以失败告终。

重子污染困难

大部分的夸克星能量模型使用火球模型进行理论分析时，会发生伽玛射线爆（GRB, Gamma Ray Burst）因重子过多而无法膨胀达到极端相对论的要求，这就是“重子污染”困难，“重子污染”使得夸克星的能量来源形成解释上的困难。

伽玛射线爆（GRB）不能含有高含量的“重子”，否则能量无法供应粒子进行高速运动而产生伽玛射线爆，然而，“夸克星”却是富含“重子”的星体，中子星与夸克星是几乎完全由“重子”所构成的星体，如何解释几乎完全由“重子”所组成的星体却会发出重子低含量的伽玛射线爆，成了星体能源模型理论上的超级困难。中子星因为星体中还可以含有相当数量的轻子，因此解释上困难度不大。夸克星因为在坍缩时期所造成的轻子含量大幅度降低，解释夸克星的重子含量比例则成了能量上的超级难题。

“重子污染”主要是因为理论不完备而在理论模型上发生解释上的困难，并非真正会发生“污染重子现象”。

“重子污染困难”导致学界在对待“高速旋转中子星”是否为夸克星的认定上，形成了长久的极大保留态度。许多解决方案被提出，例如“奇异星相变”理论。

奇异物质的体粘滞性质

由于十重态群以上的奇异物质没有任何的物理性验证报告，奇异物质的体粘滞性质虽然推论完整，适用于弱磁场下，但是仅为理论，在夸克胶子影响重力效应的实验检验后（引力系由夸克胶子之间的活动产生的理论，此一模型如果成立，奇异物质的体粘滞性质将可能发生理论困难），需要视状况进行修正。

奇异物质的体粘滞性比普通核物质高上许多个量级（105），是高密度奇异物质最重要的动力学特征之一。体粘滞性越强，刚性越大，天体越可以高速旋转，有研究认为高度的体粘滞性，是夸克星可以达到克普勒极限用以依赖高速旋转抵抗强引力，而维持星体完整的重要原因之一。

中子星的理论旋转速度只能达10ms，而夸克星的最低旋转周期则为3ms，据此计算，有些天体物理学家认为，超过300Hz高速旋转中子星，实际都应该是夸克星，加上夸克星与中子星的表层大气物理现象非常接近，使得夸克星与中子星难以分辨，如此而言，夸克星的数量应当是比想像的更多。另外一种计算则认为中子星的极限旋转速度能达2ms，而夸克星的最低旋转周期可达为1.65ms，因此高速旋转中子星必须要超过500Hz才能够被怀疑为夸克星。

夸克星能够达到高速旋转主要是由体黏滞性所贡献。奇异物质的体粘滞性是奇异星性质的关键性里程碑级重要研究成果，对其物态方程有绝对的影响，是一项使得关于所有夸克星的研究可以继续进行的重要理论支柱。

真空极化问题

重力真空星当中的真空极化机制（quark vacuum polarization），是否会在夸克星内核当中触发“中微子爆发”，伴随“夸克星星震”，目前依然决定着夸克星结构机制上的一个重大疑问。夸克星结构至今为止，并未有定论，内核是否有真空极化所产生的空间壁，学术研究上还有疑义。

真空极化现象需要电磁场，这表示夸克星内部必须产生强磁与电场，电磁场来源的机制则必须有来源。

如果夸克星不存在真空极化现象，则演化成重力真空星、模糊球及黑洞的理论全部遭遇理论困难，必须寻求替代解释方案。

如果夸克星存在真空极化现象，夸克星演化过程当中会产生重力真空星当中的空间壁，内部存在拟视界层，中心为空洞或是存在空间泡，则现有的夸克星模型几乎全部都是错误的。

2013年三月中左右，CERN宣布的第二次确认希格斯玻色子125.3-126.0GeV能阶，置信度约5.9σ，基本上确立“标准模型”原则上是完全正确的一个近代物理理论，夸克星核心透过“中微子爆发”释放能量，能量的来源基本上来自于真空极化，虚粒子对的产生，导致“希格斯玻色子”及“时间量子”（chronon）生成的几率升高，并使得内核走向更低能阶的真空基态，进而产生进一步坍缩的机制，核心开始转变成空间壁维度紧化而迈向下一步坍缩机制，时间维度因“时间量子”产生被紧致化，产生不存在时间的纯三维空间壁，因此可推导得夸克星的下一个演化星体，原则上应该是“重力真空星”，这使得全部的物理机制得到相对较完善的解释。这对“广义相对论”推导的“经典黑洞理论”是一项重大打击，“经典黑洞理论”长年在天体物理学界产生争端，具有重大弊端及严重矛盾，许多天体物理学家处理“类黑洞星体”时，喜欢将之替换为中子星来近似处理，因为“广义相对论”无法建立实际的物态方程，对于处理真正的物态机制是一项极严重的问题，此一物理流派持续认定会产生“奇点”及“事件视界”的物理理论就是一个错误的物理理论。据此，“广义相对论”是一个错误的理论倾向加大，除非在标量不变的等价延展理论上有新的进展，能够消解掉“奇点”及“事件视界”，并且证明不存在“量子奇点”（Quantum Singularity），否则辅以对“夸克星”、“重力真空星”及“模糊球”做进一步研究，“经典黑洞理论”被证明是错误理论的几率大幅度增高，进而反证得到“广义相对论”是一个错误的物理理论。

使用“时间量子理论”（Caldirola-Montaldi Chronon Model）推导可得相对比较正确的结论，原始的Caldirola-Montaldi时间量子方程如下：

 

由于m0会导致无限大的出现，此一原始方程实际不具备正确的物理含意，物理含意无法正确诠释，修正为如下方程：

 

则得到“时间量子与质量的量子缠绕态”，含意即为时间与质量具备缠绕关系，使用“时间晶格”分析手段，质量越小，时间量子由于相对增大，这会导致量子力学的效应越明显，而质量越大，时间量子由于逼近于零，使得我们的观测技术下，物理效应逼近于传统的“广义相对论”。转换到量子物理上的诠释，即为希格斯玻色子与时间量子的量子缠绕态造成近似“广义相对论”的几何拓扑诠释方式，这使得“量子引力理论”与“时间场力学”（一种假设时间本身也具有场及力的交互作用理论）的发展成为真实可能，不过这种诠释方式则留下希格斯玻色子、时间量子及引力子如何完成这样的量子缠绕程序的疑问。

2014年二月份的新研究显示，给定上下界进行量子化以后，由于“量子退相干”效应，该方程直接使得“广义相对论”在中子星与夸克星的适用性失效，必须改用霍拉瓦重力（英语：Hořava–Lifshitz gravity）推导，才能得到正确的推论结果。此理论若可得到证实，则是“广义相对论”证伪的重要理论，主要的关键即为劳伦兹变换在高能阶的处理方式导致重整化的经常性失败，“广义相对论”做了错误的假设，在凝聚态物理当中已经发现“广义相对论”的失误，在夸克星模型当中事实上也发现了“广义相对论”的重大缺失，该理论也同时指出“经典黑洞”不太可能真实存在，这使得研究夸克星对未来物理学发展的意义越来越重大。有越来越多的迹象显示“广义相对论”在高能阶处理方式上有误，夸克星模型则是其中之一，对夸克星的精细量子效应的研究将成为新物理学的重要突破口。

如果第三方实验数据确认发现希格斯玻色子，则夸克星的引力机制及质量生成机制，涉及使用“广义相对论”的部分，必须全面修改，做更进一步深入研究，则可检验“广义相对论”是否是一个错误的物理理论有很大的帮助。目前可替代“广义相对论”的新理论则有霍拉瓦重力（英语：Hořava–Lifshitz gravity）及Scalar invariant系列的等价延展理论，霍拉瓦重力对劳伦兹变换在高能区域做了新的处理方式，等价延展理论则去除掉“广义相对论”的一些不太恰当的假设，如果成功结合Unparticle理论，全系列的物理理论都会相对比较协调，消解掉“广义相对论”所造成的长年争议。以目前而言，采用“广义相对论”对夸克星推导，都持续产生矛盾的推论结果，采用新的量子引力理论来推导夸克星机制，会有比较新观点的正确推论结果出现。

这个议题在学术研究上还有很大争议[15][16]。

γ-模不稳定性

γ-模不稳定性及窗口在区分中子星和夸克星时，有相当大的帮助。γ-模的不稳定性会导致致密星的旋转速度改变。[17]

星体物质的体黏滞性会直接影响星体的γ-模不稳定性，中子星和夸克星的γ-模不稳定性窗口在温度上有极大的差异，是分辨中子星和夸克星的重要依据。[18]

色超导与超固态

如果夸克星中存在色超导状态（Color Superconductivity），则会对夸克星造成一系列的影响，包含了冷却性质、转动不稳定性、禁闭突破密度与磁场。适当条件下则会产生超固态。

引力辐射的抑制问题

CFS机制导致引力辐射的不稳定，结果会导致发生坍缩成黑洞、再度星爆、星震或伽玛射线爆。

奇异物质低密度声速物性行为完全相反

奇异物质于高密度及高速的状态下，性质是稳定的。然而，理论推算则是认为奇异物质于低密度的声速状态下，物性行为完全相反。这个推论至今为止无法用实验来验证。

候选星

以目前来说，夸克星仍只是理论上的假设星体，尚未获得证实，目前所观测的潜在夸克星仅为臆测。至2011年一月为止，有七个天体被怀疑是夸克星，分别为RX J1856.5-3754、3C58、XTE J1739-285、SN 1987A、SN 2005gj、SN 2005ap及SN 2006gy。1998年左右，两颗由华人天体物理学家所提出的高速旋转中子星可能是夸克星，但是因为提不出数据验证，其他组的天体物理学家给出不同的分析结果，因而未被列入候选星当中。如果将超过300Hz的高速旋转中子星及超强磁中子星也列入夸克星候选星，则可能是夸克星的天体大约达三十余颗，例如SAX J1808.4-3658（401Hz）及PSR B0943+10[e]。

钱德拉X射线天文台在2002年4月10日观测到的两个星体RXJ1856和3C58被认为可能是夸克星。在这之前，这两个星体一直被认为是中子星。

天文学家在2008年则新发现三颗可能的夸克星：SN 2005gj、SN 2005ap、SN 2006gy。其中SN 2005ap、SN 2006gy分别为有史以来最强大的超新星爆发，SN 2006gy亮度甚至超过周围的整个银河系星系核（NGC 1260）数倍，SN 2005ap亮度更是SN 2006gy的两倍。目前最有希望实际观测到夸克星性质的应该是这两颗超新星。但是这三颗的爆发后的观测时间较短，并没有后续报告来强力支持其为夸克星，只能说明它们可能不是中子星。

RX J1856.5-3754

 
RX J1856.5-3754

根据已知的物理定律，如果它们确实是中子星，那么距离太阳大约400光年的RX J1856.5-3754似乎过小，钱德拉X射线天文台报告显示它的直径仅有七公里。以此粗略地推论这两个星体应该是由比中子星密度更高的物质所构成。另一则由Timothy M. Braje及Roger W. Romani等人提出的报告则认为RX J1856.5-3754的直径应有二十七公里，依然是一颗中子星[19][20][21]。

3C58

 
3C58

钱德拉X射线天文台ACIS S3所得数据显示距离太阳10,000光年左右的3C58则是过冷[22]，无法用标准理论解释中子星形成机制。但是所使用的模型是QGP“夸克胶子等离子模型”，并非“夸克-胶子-引力机制”[23]，RHIC及LHC报告hadronic gas、mixed phase、QGP三者有相当程度的不同，使用QGP解释夸克星非常不适当，推测它是夸克星，也有很大的观测困难，对其是否属于夸克星并没有很大帮助，只能说明它可能不是中子星，尚没有办法断定它是哪一种星体。

XTE J1739-285

爱荷华大学教授认为距离39,000光年的XTE J1739-285可能是潜在的夸克星，它是一颗快速旋转的星体（1,122Hz，高速旋转中子星），并没有详尽的报告相关的数据，亦没有磁场强度报告。多组天体物理学家的资料分析则给出不同的结果，目前普遍依然认为它是一颗中子星，学界对此星体看法较为保守。[24][25][26][27][28]

SN 1987A

 
SN 1987A

2009年，由于长达二十多年没有发现理论上预测的中子星，天文爱好者认为SN 1987A可能是潜在的夸克星，爆发总能量约为1046焦耳，99%以中微子的形式释出，SN 1987A由于找不到理论上预测应该存在的星体，除了留下周围的回光现象（light echoes），并没有观测到任何理论所预期的星体，目前无法解释其整个超新星爆发的过程及发生机制[29][30][31]。

质量遗失问题（SN 1987A mass loss process）二十多年来导致许多学术争议，除非使用未经验证的理论，例如中子星量子虫洞机制，否则无法充分解释SN 1987A现象，但是量子虫洞机制本身却存在理论不自洽的问题，实验精度置信度都很低，不为学界共同承认，以夸克星做解释也有理论盲点导致不自洽的问题，形成“先子球”的说法虽然可以解释大部分现象，但是“先子”理论却是个尚未证实的理论。SN 1987A目前为止依然是个科学悬念，至今为止，许多颇负盛名的天体物理学家进行的努力、全部理论解释均告失败，没有关键性的观测证据支持任何一个理论。

SN 2005gj

SN 2005gj离地球约为8亿6400万光年，由史隆寻天计划于2005年9月29日所发现的，光度超过SN 1991T的三倍，能量远超过正常超新星爆发。由于距离地球太远，实际的观测技术无法了解具体细节，仅能以理论推断其爆发结果所产生的星体并非中子星或黑洞，唯一合理的“推论”是爆发结果产生了夸克星。

SN 2005ap

SN 2005ap是ROTSE-IIIb于2005年四月三日发现，距离地球大约47亿光年，光度超过SN 2006gy大约两倍，是目前发现的超新星爆发规模最大的一个，是正规II型超新星爆发的300倍左右。此等规模的超新星爆发，理论预测应该会产生夸克星，但是目前没有能力去判定是否确实有星体处于爆发位置。

SN 2006gy

 
SN 2006gy
 
SN 2006gy距离地球两亿三千八百万光年

SN 2006gy由Robert Quimby及P. Mondol于2006年9月18日所发现，距离地球两亿三千八百万光年，它是当时记录最大的超新星爆发，仅次于后来验证发现的SN 2005ap。观测的结果没有发现任何黑洞特征的迹象，推测产生了夸克星，目前的观测能力没有办法验证这项猜测。

没有直接证据说明夸克星真实存在

由于相关研究存在多项理论环节缺失，许多的形成机制假设性过高，未验证或无法验证的环节数量甚多，疑义及争议过多，多数天体物理学者则普遍认为这些观察结果仍不足以采信，但均以乐观的态度来审视这些新发现。

未来可能发展成夸克星的邻近星体

“海山二”形成夸克星对地球的威胁

 
海山二，离地球约7500光年

目前离地球最接近，最有可能转变成夸克星的星体是高光度蓝变星“海山二”（船底座η），离地球约7500光年，质量一百五十倍太阳，星等为五等。由于质量相当的大，又是个多星系统，其星爆威力预计将会极强，爆发时不见得会形成黑洞，有可能形成星云、黑洞、模糊球、重力真空星、中子星或夸克星。海山二的爆发威力相当于SN 2005ap等级，威胁极强，足以发生银河系内的生物大灭绝。

 
手枪星及其星云

由于对于“奇异物质”的物理性质了解甚少，学术上的争辩依然在进行当中，尚不足以完成精确的计算，目前连LHC的能量等级均不足以制造并找到“奇异物质”，因此上述数据出入数字甚大，是否会发生上述所称的灾难，高能天体物理学界看法两极化，目前仅知因为带负电荷奇异物质能够与正常的粒子发生作用，只要极少量的（少于十颗）带负电荷奇异物质（Negatively Charged Strangelet）撞击地球，就能给地球带来四亿五千万年前奥陶纪与志留纪时期毁灭性的结果。天体物理学界对于“海山二”的兴趣极高，花费极大量的资源、金钱及太空天文望远镜专门投注于海山二研究，2003年甚至曾经动用全球的望远镜来观测海山二的X光蚀，可见其十分受天体物理学家的关注，投入的精力仅次于SN 1987A，就其对地球的潜在威胁而言，不难看出天体物理学家们心中的忧虑。

其他可能发展成夸克星的星体

其他具有威胁力的星体是：

均随时可能引发超新星爆发。

中子星与夸克星的区分方式

由于体黏滞性差别甚远，某些高速旋转中子星被认为应该是夸克星。

质量与半径的关系

以冷星处理，使用Tolman Oppenheimer Volkoff方程计算所得的中子星及夸克星半径关系：

中子星的质量与半径的关系是 。

夸克星的质量与半径的关系是 ，上限大约是10,000米。

中子星的半径有下限，否则不可能形成中子星，有趣的是夸克星半径有上限而并几乎无下限，最小可以接近零，几滴落魄的“奇异滴”在太空中游荡，理论上也可被称为“夸克星”。一种看法是这样的现象非常可能发生，如此也补齐了宇宙间的暗物质来源解释。

物态方程的改变会直接改变夸克星半径的预测值，以目前H双重子预期的稳定岛处于H（2220）到H（2250）之间的数值估算，所有关于夸克星的宣称均需要大幅度修改。

磁层辐射

据某些推论分析，“超强磁中子星”应该是夸克星，磁层辐射应当与典型中子星有磁场等级上的极大区分，然而，这些理论在轻子含量比例、电荷分离、真空极化、漂移子脉冲、热辐射机制及非热辐射机制等等解释上均遭遇重大矛盾。因此，目前学界依然将超强磁中子星归类在中子星里面。

星爆特征

中子星与夸克星的星爆与星震由于基本组成物质特性大不相同，伽玛射线爆所造成的现象有所区分。

时空场差异

由于中子星与夸克星的两项主要差异“旋转速度”及“质量半径关系”所造成的物理现象，中子星与夸克星的时空场有所区别，系为极佳的区分方式。

表面物理

中子星表面一般有碳大气层及电子壳层，夸克星的表面理论上应当是H双重子与碳大气层混和，有时则因为外围物质全部抛出而成为夸克固态，变成裸奇异星，这两者有一定程度上的区分。碳的来源是由前身星核聚变燃烧后，转变成的碳元素，恒星爆发的时候，一般富含碳元素，中子星与夸克星在爆发时期，已经形成强引力，碳元素来不及逃逸，因而被捕获而形成碳大气层。而夸克星则会由星核向外溢出H双重子，因此可以产生中子星与夸克星不同之处。

结合参考系拖拽所造成的时空场差异，中子星与夸克星外围物质的不同，可透过光谱及物质频谱红移进行区分，是极为有效的观测区分手段。

相关条目

注释

  1. ^ 奇异物质团的进一步坍缩过程
  2. ^ 见真空极化一节
  3. ^ Lambda重子，Λ粒子，quark state uds
  4. ^ 有些论文称此为博德默-寺沢-维腾猜想，论文时间序列为阿诺德·博德默1971[1]、东京大学核研的寺沢英纯1979,维腾1984[2]，爱德华·维腾整合总论并增补一整个系列的工作结果
  5. ^ 北京大学岳友岭、徐仁新2006年建议为低质量夸克星，距地球3000光年，转速1.1秒，有非常独特的磁场与X射线交替震荡，震荡周期大约数个小时，由于夸克星模型实际上一直存在理论正确性问题，虽然PSR B0943+10转速相对低，一般在理由充分的条件下，学界接受这样的夸克星候选体建议

参考

  1. ^ Collapsed Nuclei[1]
  2. ^ Cosmic separation of phases[2]
  3. ^ Strange matter[3]
  4. ^ Quark deconfinement in neutron star cores: The effects of spin-down astro-ph/0603743
  5. ^ Signal of quark deconfinement in thermal evolution neutron stars with deconfinement heating. [2012-01-01]. （原始内容存档于2016-03-04）. 
  6. ^ From Boson Condensation to Quark Deconfinement: The Many Faces of Neutron Star Interiors. [2012-01-01]. （原始内容存档于2014-12-18）. 
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  8. ^ 存档副本. [2011-01-14]. （原始内容存档于2009-02-01）. 
  9. ^ http://adsabs.harvard.edu/abs/2002astro.ph..3421W
  10. ^ 存档副本. [2011年1月14日]. （原始内容存档于2011年10月17日）. 
  11. ^ 存档副本. [2011-01-14]. （原始内容存档于2007-07-15）. 
  12. ^ Exotic Multi-quark States in the Deconfined Phase from Gravity Dual Models 0811.0243
  13. ^ Towards Quark Deconfinement in Neutron Stars via Spindown: Gravitational Waves or Magnetic Braking? 1107.1000
  14. ^ Gravitational collapse to third family compact stars (PDF). [2012-01-01]. （原始内容 (PDF)存档于2022-01-30）. 
  15. ^ Quark star phenomenology
  16. ^ Superdense QCD Matter And Compact Stars
  17. ^ Andersson 1998; Friedman & Morsink 1998; Lindblom, Owen, & Morsink 1998; Kokkotas & Stergioulas 1999
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  19. ^ RX J1856-3754:刚性状态方程的证据
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  21. ^ RX J1856-3754: Evidence for a Stiff Equation of State
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  24. ^ Does Sub-millisecond Pulsar XTE J1739-285 Contain a Low Magnetic Neutron Star or Quark Star ? 0708.3566
  25. ^ Integral points to the fastest spinning neutron star[失效链接]
  26. ^ 存档副本. [2011-09-03]. （原始内容存档于2009-03-08）. 
  27. ^ INTEGRAL Galactic bulge Monitoring: XTE J1739-285. [2011-09-03]. （原始内容存档于2016-03-04）. 
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  29. ^ A 2.14 ms Candidate Optical Pulsar in SN1987A (J. Middleditch, J. A. Kristian, W. E. Kunkel, et. al) astro-ph/0010044
  30. ^ OBSERVING SN 1987A WITH THE INTERNATIONAL ULTRAVIOLET
  31. ^ A Search for Optical Pulsations in SN 1987A

外部链接

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