"Tri kvarky pre Mustera Marka!", Napísal James Joyce vo svojej labyrintovej bájke,Finnegan's Wake, Možno ste už počuli tento citát - krátku nezmyselnú vetu, ktorá nakoniec dala meno „kvark“ najzákladnejším stavebným kameňom vesmíru. Dnešní fyzici sa domnievajú, že rozumejú základom toho, ako sa kvarky kombinujú; tri sa spoja do formy baryónov (každodenné častice ako protón a neutrón), zatiaľ čo dva - kvark a antikvark - sa spájajú a vytvárajú exotickejšie, menej stabilné odrody nazývané mezóny. Vzácne štvorkvarkové partnerstvá sa nazývajú tetraquarky. A päť kvarkov viazaných v jemnom tanci? To by, samozrejme, bolo pentakvark, A pentaquark, ktorý bol donedávna iba výplod fyziky, bol teraz odhalený na LHC!
Čo to znamená? Pentaquark nemusí byť len zábavným slovom päťkrát rýchlo, ale môže odomknúť dôležité nové informácie o silnej jadrovej sile. Tieto odhalenia by v konečnom dôsledku mohli zmeniť spôsob, akým myslíme na nášho super hustého priateľa, neutrónovú hviezdu - a skutočne na povahu samotnej známej veci.
Fyzici vedia o šiestich druhoch kvarkov, ktoré sú usporiadané podľa hmotnosti. Najľahšími zo šiestich sú kvarky nahor a nadol, ktoré tvoria najznámejšie každodenné baryóny (dva protóny nahor a nadol a dva protóny nadol a hore v neutróne). Ďalšími najťažšími sú kúzla a podivné kvarky, za ktorými nasledujú horné a dolné kvarky. A prečo sa zastaviť? Okrem toho má každý zo šiestich kvarkov zodpovedajúci antičastíc alebo antikvark.
Dôležitým atribútom oboch kvarkov a ich antičasticových častíc je niečo, čo sa nazýva „farba“. Kvarky samozrejme nemajú farbu rovnakým spôsobom, ako by ste mohli nazvať jablko „červenou“ alebo oceánskou „modrou“; skôr táto vlastnosť je metaforickým spôsobom komunikácie jedného zo základných zákonov subatomickej fyziky - že častice obsahujúce kvark (nazývané hadróny) vždy nesú neutrálny farebný náboj.
Napríklad tri zložky protónu musia obsahovať jeden červený kvark, jeden zelený kvark a jeden modrý kvark. Tieto tri „farby“ vytvárajú neutrálnu časticu rovnakým spôsobom, ako sa kombinuje červené, zelené a modré svetlo a vytvára tak bielu žiaru. Podobné zákony platia pre kvark a antikvark, ktoré tvoria mezón: ich farby musia byť presne opačné. Červený kvark sa kombinuje iba s anti-červeným (alebo azúrovým) antikvarkom atď.
Aj pentaquark musí mať neutrálny farebný náboj. Predstavte si, že protón a mezón (konkrétne typ nazývaný J / psi mezón) spolu spojené - červený, modrý a zelený kvark v jednom rohu a farebne neutrálny pár kvark-antikvark v druhom - pre celkový súčet štyroch kvarkov a jeden antikvark, ktorých všetky farby sa úhľadne rušia.
Fyzici si nie sú istí, či je pentaquark vytvorený týmto typom segregovaného usporiadania alebo či všetkých päť kvarkov je priamo spojených dohromady; tak ako všetky hadróny, aj pentaquark je pod kontrolou tohto titána základnej dynamiky, silnej jadrovej sily.
Silná jadrová sila, ako naznačuje jej názov, je nevýslovne robustná sila, ktorá zlepuje zložky každého atómového jadra: protóny a neutróny a predovšetkým ich vlastné kvarky. Silná sila je tak húževnatá, že „voľné kvarky“ neboli nikdy pozorované; všetci sú príliš pevne obmedzení vo svojich rodičovských baryónoch.
Ale vo vesmíre je jedno miesto, kde môžu existovať kvarky samy osebe, v akomsi metadunárnom štáte: v mimoriadne hustom type neutrónovej hviezdy. V typickej neutrónovej hviezde je gravitačný tlak taký obrovský, že protóny a elektróny prestávajú byť. Ich energia a náboje sa spolu topia a nezanechávajú nič iné ako útulné množstvo neutrónov.
Fyzici sa domnievali, že pri extrémnych hustotách sa v najkompaktnejších hviezdach môžu susediace neutróny v jadre dokonca samy rozpadnúť na zmiešané časti.
Neutrónová hviezda ... by sa stala hviezdou kvarkov.
Vedci sa domnievajú, že pochopenie fyziky pentaquarku môže vrhnúť svetlo na spôsob, akým silná jadrová sila funguje v takýchto extrémnych podmienkach - nielen v takých príliš hustých neutrónových hviezdach, ale možno aj v prvých zlomkoch sekundy po Veľkom tresku. Ďalšia analýza by tiež mala pomôcť fyzikom spresniť ich chápanie spôsobov, ktoré kvarky môžu a nemôžu kombinovať.
Dáta, ktoré viedli k tomuto objavu - neuveriteľný výsledok s 9 sigma! - vyšlo z prvého vedenia LHC (2010 - 2013). Keďže superkollidor teraz pracuje na dvojnásobku svojej pôvodnej energetickej kapacity, fyzici by nemali mať problém rozlúštiť záhady pentaquarku ešte ďalej.
Predtlač pentaquark objavu, ktorý bol predložený do časopisu Physical Review Letters, nájdete tu.
