Введение

Тип нетопологического солитона

В теоретической физике, Q-шар — это тип нетопологического солитона. Солитон — это локализованная конфигурация поля, которая стабильна и не может распространяться и рассеиваться. В случае нетопологического солитона стабильность обеспечивается сохраняющимся зарядом: энергия солитона на единицу заряда ниже, чем у любой другой конфигурации. (В физике заряд часто обозначается буквой "Q", а солитон обладает сферической симметрией, отсюда и название.)

Интуитивное объяснение

В теории бозонных частиц Q-шар возникает при наличии притяжения между частицами. Если говорить упрощенно, Q-шар – это «сгусток» конечного размера, содержащий большое число частиц. Этот сгусток стабилен по отношению к распаду на более мелкие сгустки и к «испарению» посредством излучения отдельных частиц, поскольку, благодаря притягивающему взаимодействию, он представляет собой конфигурацию с наименьшей энергией для данного числа частиц. (Это аналогично тому факту, что никель-62 является наиболее стабильным ядром, поскольку это наиболее стабильная конфигурация нейтронов и протонов. Однако никель-62 не является Q-шаром, отчасти потому, что нейтроны и протоны – фермионы, а не бозоны.) Для существования Q-шара необходимо, чтобы число частиц сохранялось (то есть число частиц является сохраняющимся «зарядом», поэтому частицы описываются комплекснозначным полем), а потенциал взаимодействия частиц должен содержать отрицательный (притягивающий) член. Для не взаимодействующих частиц потенциал будет представлять собой лишь массу, и Q-шара не будет. Но если добавить притягивающий член (и положительные степени, чтобы гарантировать, что потенциал имеет нижнюю границу), то найдутся значения, при которых, то есть энергия этих значений поля меньше энергии свободного поля. Это означает, что можно создать области с ненулевым полем (то есть скопления многих частиц), энергия которых ниже, чем энергия того же числа отдельных частиц, находящихся на большом расстоянии друг от друга. Эти области, таким образом, стабильны по отношению к испарению в отдельные частицы.

Художественная литература

В фильме «Солнцестояние» Солнце переживает преждевременную гибель. Научный консультант фильма, учёный Брайан Кокс, предположил, что причиной этой гибели является «инфекция» Q-шаром, однако об этом говорится только в комментариях к фильму, а не в самом фильме. В вымышленной вселенной «Рука Ориона» Q-шары считаются одним из возможных источников больших объёмов антиматерии, используемой некоторыми группами. В телесериале «Скользящие» Q Ball — это прозвище, которое Рембрандт Браун (Плачущий человек) дал Квинну Мэллори.