สสารประหลาด (หรือสสารควาร์กประหลาด ) คือสสารควาร์กที่มีควาร์กประหลาด อยู่ ในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว มีการตั้งสมมติฐานว่าสสารประหลาดอาจเกิดขึ้นในแกนกลางของดาวนิวตรอนหรือในเชิงคาดการณ์มากกว่านั้น อาจเป็นหยดเล็กๆ ที่แยกตัวออกมา ซึ่งอาจมีขนาดตั้งแต่ระดับเฟมโตเมตร ( หยดประหลาด ) ไปจนถึงกิโลเมตร ดังเช่นในดาวประหลาด ในสมมติฐาน ที่ความหนาแน่นสูงพอ สสารประหลาดคาดว่าจะแสดงคุณสมบัติการนำไฟฟ้าแบบสีได้

สสารธรรมดาหรือที่เรียกว่าสสารอะตอม ประกอบด้วยอะตอม โดยเกือบทั้งหมดของสสารจะกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมสสารนิวเคลียร์เป็นของเหลวที่ประกอบด้วยนิวตรอนและโปรตอน ซึ่งตัวนิวตรอน และโปรตอนเองก็ประกอบด้วย ควา ร์กอั พ และควาร์กดาวน์ สสารควาร์กเป็นรูปแบบควบแน่นของสสารที่ประกอบด้วยควาร์ก ทั้งหมด เมื่อสสารควาร์กไม่มีควาร์กแปลก ๆ บางครั้งจะเรียกว่าสสารที่ไม่มีควาร์กแปลก

ในฟิสิกส์อนุภาคและฟิสิกส์ดาราศาสตร์คำว่า "สสารแปลก" ถูกใช้ในสองบริบทที่แตกต่างกัน บริบทหนึ่งกว้างกว่า และอีกบริบทหนึ่งเฉพาะเจาะจงและเป็นสมมติฐานมากกว่า: ^{[ 1 ] [ 2 ]}

1. ในบริบทที่กว้างขึ้น ความเข้าใจในปัจจุบันของเราเกี่ยวกับกฎของธรรมชาติทำนายว่า สสารแปลกประหลาดอาจเกิดขึ้นได้เมื่อสสารนิวเคลียร์ (ซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ) ถูกบีอัดเกินความหนาแน่นวิกฤต ณ ความดันและความหนาแน่นวิกฤตนี้ โปรตอนและนิวตรอนจะแตกตัวออกเป็นควาร์ก ทำให้เกิดสสารควาร์กและอาจรวมถึงสสารแปลกประหลาดด้วย
2. สมมติฐานที่เฉพาะเจาะจงกว่านั้นคือสสารควาร์กเป็นสถานะพื้นฐานที่แท้จริงของสสารทั้งหมด และด้วยเหตุนี้จึงมีเสถียรภาพมากกว่าสสารนิวเคลียร์ทั่วไป แนวคิดนี้เรียกว่า "สมมติฐานสสารแปลก" หรือสมมติฐาน ของ บอดเมอร์ - วิตเทน^{[ 3 ] [ 4 ]}ภายใต้สมมติฐานนี้ นิวเคลียสของอะตอมที่เราเห็นอยู่รอบตัวเราเป็นเพียงสถานะกึ่งเสถียรแม้ว่าความดันวิกฤตภายนอกจะเป็นศูนย์ก็ตาม และเมื่อเวลาผ่านไปนานพอ (หรือสิ่งกระตุ้นที่เหมาะสม) นิวเคลียสจะสลายตัวกลายเป็นหยดสสารแปลกที่มีเสถียรภาพ หยดสสารแปลกยังถูกเรียกว่าสเตรนจ์เล็ตด้วย

โดยทั่วไปแล้ว สสารแปลกประหลาดอาจเกิดขึ้นภายในดาวนิวตรอน หากความดันที่แกนกลางสูงพอที่จะสร้างแรงโน้มถ่วงที่เพียงพอ (เช่น สูงกว่าความดันวิกฤต) ที่ความหนาแน่นและความดันสูงอย่างที่เราคาดว่าจะพบในใจกลางดาวนิวตรอน สสารควาร์กน่าจะเป็นสสารแปลกประหลาด อาจเป็นสสารที่ไม่ใช่ควาร์กแปลกประหลาดได้ หากมวลยังผลของควาร์กแปลกประหลาดสูงเกินไป ควาร์ก เสน่ห์และควาร์กที่หนักกว่าจะเกิดขึ้นได้เฉพาะที่ความหนาแน่นสูงกว่ามากเท่านั้น

สสารแปลกประหลาดเกิดขึ้นเพื่อบรรเทาแรงกดดันจากภาวะเสื่อม สภาพ หลักการกีดกันของเปาลีห้ามไม่ให้เฟอร์มิออน เช่น ควาร์ก อยู่ในตำแหน่งและระดับพลังงานเดียวกัน เมื่อความหนาแน่นของอนุภาคสูงพอที่ระดับพลังงานทั้งหมดที่ต่ำกว่าพลังงานความร้อนที่มีอยู่จะถูกครอบครองแล้ว การเพิ่มความหนาแน่นต่อไปจึงต้องยกระดับอนุภาคบางส่วนไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้นซึ่งยังว่างอยู่ ความต้องการพลังงานเพื่อทำให้เกิดการอัดตัวนี้ปรากฏออกมาในรูปของแรงดัน นิวตรอนประกอบด้วยควาร์กดาวน์ เป็นสองเท่า (ประจุ − ⁠)1/3e  )ในฐานะควาร์กอัพ (ประจุ + ⁠2/3e  )ดังนั้นแรงกดดันจากการเสื่อมสภาพของดาวน์ควาร์กมักจะครอบงำสสารควาร์กที่เป็นกลางทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เมื่อระดับพลังงานที่ต้องการสูงพอ ทางเลือกอื่นก็จะเกิดขึ้นได้ นั่นคือ ดาวน์ควาร์กครึ่งหนึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นสเตรนจ์ควาร์ก (ประจุ − ⁠)1/3e  ) มวลนิ่งที่สูงกว่าของควาร์กแปลกต้องใช้พลังงานบางส่วน แต่การเปิดชุดระดับพลังงานเพิ่มเติมทำให้พลังงานเฉลี่ยต่ออนุภาคต่ำลงได้^{[ 1 ] : 5} ทำให้สสารแปลกมี เสถียรภาพมากกว่าสสารที่ไม่มีควาร์กแปลกที่ความดันสูงเช่นนี้

ดาวนิวตรอนที่มีแกนสสารควาร์กมัก เรียกว่าดาวไฮบริด ^{[ 1 ] [ 2 ]}อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องยากที่จะทราบว่าดาวไฮบริดมีอยู่จริงในธรรมชาติหรือไม่ เนื่องจากนักฟิสิกส์ในปัจจุบันยังไม่ค่อยทราบค่าความดันวิกฤตหรือความหนาแน่นที่น่าจะเป็นไปได้ ดูเหมือนว่าการเปลี่ยนผ่านไปสู่สสารควาร์กจะเกิดขึ้นแล้วเมื่อระยะห่างระหว่างนิวคลีออนมีขนาดเล็กกว่าขนาดของมันมาก ดังนั้นความหนาแน่นวิกฤตจะต้องน้อยกว่าประมาณ 100 เท่าของความหนาแน่นอิ่มตัวของนิวเคลียส แต่ยังไม่มีการประมาณค่าที่แม่นยำกว่านี้ เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งซึ่งควบคุมพฤติกรรมของควาร์กนั้นไม่สามารถคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้ และการคำนวณเชิงตัวเลขโดยใช้QCD แบบแลตติสในปัจจุบันถูกบล็อกโดยปัญหาเครื่องหมาย ของเฟอร์มิออ น

หนึ่งในขอบเขตสำคัญของการวิจัยฟิสิกส์ดาวนิวตรอนคือความพยายามที่จะค้นหาสัญญาณที่สังเกตได้ซึ่งจะช่วยบอกได้ว่าดาวนิวตรอนมีสสารควาร์ก (น่าจะเป็นสสารแปลกประหลาด) อยู่ในแกนกลางหรือไม่

ระหว่างการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวง อาจมีการปล่อยสสารแปลกประหลาดออกมาสู่ห้วงอวกาศรอบดาวฤกษ์ ซึ่งอาจทำให้สามารถศึกษาเกี่ยวกับสสารแปลกประหลาดได้ อย่างไรก็ตาม อัตราการสลายตัวของสสารแปลกประหลาดนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด และมีดาวนิวตรอนคู่ที่อยู่ใกล้ระบบสุริยะน้อยมาก ซึ่งอาจทำให้การค้นพบสสารแปลกประหลาดอย่างเป็นทางการเป็นเรื่องยากมาก

หากสมมติฐาน "สสารแปลก " เป็นจริง สสารนิวเคลียร์ก็จะอยู่ในสภาวะกึ่งเสถียรต่อการสลายตัวเป็นสสารแปลก อายุขัยของการสลายตัวโดยธรรมชาติยาวนานมาก ดังนั้นเราจึงไม่เห็นกระบวนการสลายตัวนี้เกิดขึ้นรอบตัวเรา^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม ภายใต้สมมติฐานนี้ ควรจะมีสสารแปลกอยู่ในจักรวาล:

1. ดาวควาร์ก (มักเรียกว่า "ดาวประหลาด") ประกอบด้วยสสารควาร์กตั้งแต่แกนกลางจนถึงพื้นผิว พวกมันจะมีขนาดหลายกิโลเมตร และอาจมีเปลือกบางมากของสสารนิวเคลียร์^{[ 2 ]}
2. สเตรนจ์เล็ตเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ ของสสารประหลาด อาจเล็กเท่ากับนิวเคลียส พวกมันจะเกิดขึ้นเมื่อดาวประหลาดก่อตัวหรือชนกัน หรือเมื่อนิวเคลียสสลายตัว^{[ 1 ]}

ใน ซีรีส์Doctor Whoปี 1987 ตอน Time and the Rani ตัว ละครเอกของ เรื่อง พยายามสร้างสสารแปลกประหลาด เรื่องราวนี้ซึ่งเป็นการเปิดตัวของด็อกเตอร์คนที่เจ็ดมีชื่อเรื่องชั่วคราวว่า "Strange Matter"

• สสารแปลกใหม่  – ศัพท์ทางฟิสิกส์สำหรับแนวคิดหลายอย่าง
• ดาวควาร์ก  – ดาวฤกษ์ขนาดเล็กแปลกตาที่ก่อตัวเป็นสสารซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยควาร์ก
• ความแปลกประหลาดและพลาสมาควาร์ก-กลูออน – สัญญาณระดับอะตอมย่อย
• Strangelet  – อนุภาคสมมุติชนิดหนึ่ง
• ควาร์ก  – อนุภาคพื้นฐาน องค์ประกอบพื้นฐานของสสาร
• สสาร QCD  – สถานะสมมุติของสสาร