Po desaťročiach, keď sa pokúšali v matematike za lepidlom, ktoré držalo vnútornosti všetkej hmoty pohromade, našli fyzici podivnú hypotetickú časticu, ktorá sa nikdy neobjavila v žiadnom experimente. Volaný sexaquark, oddball sa skladá z funky usporiadanie šiestich kvarkov rôznych chutí.
Sexaquark okrem toho, že bol chladne znejúcou postavou, mohol napokon vysvetliť stále šokujúce tajomstvo temnej hmoty. A fyzici zistili, že ak má sexaquark určitú hmotu, častice by mohli žiť večne.
Prírodné kvarky
Takmer všetko, čo viete a milujete, je vyrobené z malých častíc známych ako kvarky. Je ich šesť, z rôznych hlúpych dôvodov, hore, dole, hore, dole, podivne a kúzlo. Odrody hore a dole sú najľahšie zo strapca, vďaka čomu sú zďaleka najbežnejšie. (Vo fyzike častíc, čím ťažšie ste, tým je pravdepodobnejšie, že sa rozpadnete na menšie a stabilnejšie veci.)
Protóny a neutróny vo vašom tele sú všetky zložené z trojíc kvarkov; dva up a a down tvoria protón a dva downs a up tvoria neutrón. Kvôli zložitej povahe silnej sily sa kvarky naozaj tešia, že sa stretávajú v skupinách po troch, a to je zďaleka najstabilnejšia a najbežnejšia konfigurácia.
V našich zrážačoch častíc niekedy vyrábame častice, z ktorých každá pozostáva z dvojice kvarkov; tieto konglomerácie sú nestabilné a rýchlo sa rozpadajú na niečo iné. Niekedy, keď sa veľmi usilovne snažíme, dokážeme spojiť päť kvarkov a prinútiť ich, aby spolu pekne hrali - krátko - skôr, ako sa rozpadnú na niečo iné.
A doteraz sú to všetky kombinácie kvarkov, ktoré sme boli schopní vyrobiť.
Môže však existovať niečo cudzie.
Kováčstvo prvkov
Po desaťročiach, keď sa pokúšali o matematické kúsky silnej jadrovej sily, našli fyzici podivnú kombináciu, ktorá sa v našich experimentoch ešte musí objaviť: usporiadanie šiestich kvarkov pozostávajúce z dvoch vzostupov, dvoch pádov a dvoch podivov: sexakvark.
Teórie nepredpovedajú masu pre sexakvark; táto hodnota bude závisieť od presného usporiadania a interakcie jednotlivých kvarkov vo vnútri častice, takže je na experimentálnych fyzikoch, aby ju vytrhli. A čo sa týka stability sexaquark? Výpočty naznačujú, že ak by jeho hmotnosť klesla pod určitú hranicu, bola by navždy stabilná, čo znamená, že by sa nikdy nerozpadla. A ak je hmota o niečo väčšia ako táto, ale stále je pod určitým prahom, potom by sa častica rozpadla, ale v tak dlhých časových intervaloch, že by mohla byť navždy stabilná.
Takže ak je stabilný, prečo sme ho nikdy nevideli?
Je zaujímavé, že rozsah stabilných hmotností pre sexakvark klesne pod prahovú hodnotu, ktorú môže vytvoriť veľa experimentov s zrážkou častíc; tieto nástroje boli navrhnuté tak, aby študovali omnoho zriedkavejšie, oveľa ťažšie a oveľa prchavejšie častice. Inými slovami, sexaquark sa môže skrývať v jasnom zornom poli, ktorý jednoducho letel pod radarom všetky tie roky.
Zrážače častíc však nie sú jediným miestom na výrobu sexuálnych kvarkov. Najskoršie okamihy Veľkého tresku boli frenetickým jadrom jadrových energií s dostatočne vysokými teplotami a tlakmi, aby z surovej polievky kvarkov vytvorili hélium a vodík. A to kováčstvo mohlo zaplaviť aj náš vesmír sexaquarkmi, spolu so všetkými známymi subatomickými postavami.
Predbežné výpočty naznačujú, že ak je sexakvark skutočnou vecou v rámci správneho rozsahu hmotností, mohol by sa v počiatočnom vesmíre vyrobiť v smiešnej hojnosti. A mohlo by to mládežnícke peklo prežiť. V skutočnosti môžu sexaquarks stále existovať, nie sú v skutočnom vzájomnom pôsobení s ničím, v skutočnosti sa nerozpadajú na nič iné - iba jestvujúce a vďaka svojej hmotnosti vytvárajú ďalšie gravitačné ťahy kdekoľvek sa zhromažďujú.
Neviditeľná častica, ktorá zaplavuje vesmír a ktorá interaguje iba gravitáciou? Bingo. To je temná hmota.
Svetlo v tme
Aby sexaquark tvoril temnú hmotu, musí skutočne existovať. To je v súčasnosti predmetom diskusie, pretože objekt nebol nikdy zaznamenaný v experimente s zrážkou častíc. Ale ako sme videli skôr, relatívne ľahká masa sexaquarku môže znamenať, že sa jej podarilo bez povšimnutia skĺznuť jednoducho preto, že sme ho nehľadali.
Ale to sa začína meniť. Detektor BaBar v Národnom akcelerátorovom laboratóriu SLAC v Kalifornii je skutočne schopný produkovať veľa kombinácií kvarkov, vrátane niektorých skutočne ťažkých, ktoré sa rozpadajú na stabilnejšie a primeranejšie usporiadania. BaBar by mal tiež produkovať nárazníkovú úrodu sexaquarkov, ak existujú.
Papier publikovaný 2. januára do databázy arXiv informoval o najnovšom výsledku: žiadne známky sexaquark. Toto zistenie je však isté, že úroveň spoľahlivosti je iba 90%. To znamená, že ak sa masívnejšie a menej stabilné kombinácie kvarkov rozpadnú na stabilné sexaquarky, robia to veľmi zriedkavo rýchlosťou 1 rozkladu z každých 10 miliónov.
Vylučuje to sexquark ako kandidáta na temnú hmotu? Nie úplne. Je možné, že podmienky raného vesmíru umožnili vytvorenie dostatočného množstva sexuálnych kvarkov, ktoré by mohli zodpovedať za množstvo temnej hmoty, ktorú odhadujeme, že je vo vesmíre. Nový výsledok však spôsobuje, že je ťažké použiť sexaquark na vysvetlenie temnej hmoty.
Pekná skúška, sexaquark, ale žiadna cigara - aspoň ešte nie.
Paul M. Sutter je astrofyzik naSUNY Stony Brook a Flatironov inštitút, hostiteľSpýtajte sa Spaceman aVesmírne rádioa autor knihyVaše miesto vo vesmíre.
