"Tri kvarke za Muster Marka!", Je v svoji labirintinski basni zapisal James Joyce,Finnegan's Wake. Do zdaj ste morda že slišali ta citat - kratek nesmiselni stavek, ki je sčasoma poimenoval "kvark" po najbolj temeljnih gradniških delih Vesolja. Današnji fiziki verjamejo, da razumejo osnove združevanja kvarkov; trije se združijo in tvorijo barione (vsakdanje delce, kot sta protona in nevtrona), medtem ko se dva - kvark in antikvark - združijo in tvorita bolj eksotične, manj stabilne sorte, imenovane mezoni. Redka partnerstva s štirimi kvarki se imenujejo tetraquarks. In pet kvarkov vezanih v nežen ples? Seveda bi to bilo a pentakark. In pentakark, do nedavnega le navaden pojav fizike, je bil zdaj odkrit na LHC!
Kaj je torej velika stvar? Da bo pentakark oddaljen od zabavne besede petkrat, lahko odkrije nove ključne informacije o močni jedrski sili. Ta razkritja bi lahko na koncu spremenila način razmišljanja o našem izjemno gostem prijatelju, nevtronski zvezdi - in v resnici o naravi same znane snovi.
Fiziki poznajo šest vrst kvarkov, ki so razvrščeni po teži. Najlažji od šestih so kvarki navzgor in navzdol, ki sestavljajo najbolj znane vsakdanje barione (dva vzpona in padca v protonu ter dva padca in vzpon v nevtronu). Naslednja najtežja sta šarma in čudni kvarki, ki ji sledita zgornji in spodnji kvarki. In zakaj se tu ustaviti? Poleg tega ima vsak od šestih kvarkov ustrezne anti-delce ali antiquark.
Pomemben atribut obeh kvarkov in njihovih proti delcev je nekaj, kar imenujemo "barva". Seveda kvarki nimajo barve na enak način, kot bi lahko rekli jabolko "rdeče" ali ocean "modro"; raje je ta lastnost metaforičen način sporočanja enega bistvenih zakonov subatomske fizike - da delci, ki vsebujejo kvarke (imenovani hadroni), vedno nosijo nevtralni barvni naboj.
Tri sestavine protona morajo na primer vsebovati en rdeči kvark, en zeleni kvark in en modri kvark. Te tri "barve" sestavljajo nevtralen delček na enak način, kot se združujejo rdeča, zelena in modra svetloba, da ustvarijo bel sijaj. Podobni zakoni veljajo za kvarke in antikvarke, ki sestavljajo mezon: njihove barve morajo biti popolnoma nasprotne. Rdeča kvarka se bo kombinirala le z anti-rdečim (ali cijanim) antikvarsom in tako naprej.
Tudi pentakark mora imeti nevtralni barvni naboj. Predstavljajte si protona in mezona (natančneje tipa, imenovanega meson J / psi), ki sta v enem kotu povezana - rdeča, modra in zelena kvarka, v drugem kotu pa barvno nevtralen par quark-antiquark v štirje kvarki in en antikvark, ki vse barve lepo odpovejo.
Fiziki niso prepričani, ali je pentakark ustvarjen s to vrsto ločene ureditve ali ali je vseh pet kvarkov neposredno povezanih; Kakorkoli že, tako kot vse hadrone pentakark nadzira ta titan temeljne dinamike, močna jedrska sila.
Močna jedrska sila, kot pove že njeno ime, je neizmerno trdna sila, ki zleplja sestavine vsakega atomskega jedra: protone in nevtrone in, kar je še bolj pomembno, svoje sestavne kvarke. Močna sila je tako vztrajna, da "brezplačnih kvarkov" še nikoli niso opazili; vsi so preveč tesno zaprti znotraj svojih staršev.
Toda v Vesolju obstaja eno mesto, kjer lahko obstajajo kvarki sami po sebi, v nekakšnem meta-jedrskem stanju: v izjemno gosto vrsto nevtronske zvezde. V značilni nevtronski zvezdi je gravitacijski tlak tako velik, da protoni in elektroni prenehajo biti. Njihove energije in naboji se topijo skupaj in ne puščajo nič drugega kot močno maso nevtronov.
Fiziki so domnevali, da se lahko pri ekstremnih gostotah v najbolj kompaktnih zvezdah sosednji nevtroni v jedru celo sami razkrojijo v preplet sestavnih delov.
Nevtronska zvezda ... bi postala zvezda kvark.
Znanstveniki verjamejo, da lahko razumevanje fizike pentakvarka osvetli način delovanja močne jedrske sile v tako ekstremnih pogojih - ne samo v tako gosto gostotih nevtronskih zvezdah, ampak morda celo v prvih delih sekunde po velikem udaru. Nadaljnja analiza naj bi fizikom pomagala tudi, da izboljšajo svoje razumevanje načinov, kako se kvarki in ne morejo kombinirati.
Podatki, ki so spodbudili to odkritje - ogromen rezultat 9-sigma! - izšel iz prve vožnje LHC (2010–2013). Ker zdaj superkolesnik deluje podvojeno od svoje prvotne energijske zmogljivosti, fiziki ne bi smeli še bolj razvozlati skrivnosti pentakvarka.
Tukaj lahko najdete predznak odkritja pentakvarka, ki je bil objavljen v reviji Physical Review Letters.
