Možno ste počuli, že spoločnosť CERN oznámila objav (vlastne potvrdenie, pozri dodatok nižšie.) Podivnej častice známej ako Z (4430). Publikácia sumarizujúca výsledky bola publikovaná na fyzickej arxiv, ktorá je úložiskom pre predtlačené (zatiaľ nehodnotené) fyzikálne práce. Nová častica je asi 4-krát hmotnejšia ako protón, má záporný náboj a zdá sa, že ide o teoretickú časticu známu ako tetraquark. Výsledky sú stále mladé, ale ak tento objav potvrdí, mohlo by to mať dôsledky pre naše pochopenie neutrónových hviezd.
Stavebné bloky hmoty sú vyrobené z leptónov (ako elektrón a neutrína) a kvarkov (ktoré tvoria protóny, neutróny a ďalšie častice). Kvarky sa veľmi líšia od ostatných častíc tým, že majú elektrický náboj 1/3 alebo 2/3 náboja elektrónu a protónu. Majú tiež iný druh „náboja“ známy ako farba. Rovnako ako elektrické náboje interagujú prostredníctvom elektromagnetickej sily, farebné náboje interagujú cez silnú jadrovú silu. Je to farebný náboj kvarkov, ktorý drží jadrá atómov pohromade. Farebný náboj je oveľa zložitejší ako elektrický náboj. S elektrickým nábojom je jednoducho kladný (+) a jeho opak, záporný (-). S farbou existujú tri typy (červená, zelená a modrá) a ich protiklady (anti-red, anti-green a anti-blue).
Kvôli spôsobu, akým silná sila funguje, nemôžeme nikdy pozorovať voľný kvark. Silná sila vyžaduje, aby sa kvarky vždy zoskupili a vytvorili časticu, ktorá je farebne neutrálna. Napríklad protón pozostáva z troch kvarkov (dva hore a jeden dole), kde každý kvark má inú farbu. Vďaka viditeľnému svetlu vám červené, zelené a modré svetlo poskytne biele svetlo, ktoré je bezfarebné. Rovnakým spôsobom, kombinácia červeného, zeleného a modrého kvarku vám poskytne časticu, ktorá je farebne neutrálna. Táto podobnosť s farebnými vlastnosťami svetla je dôvod, prečo je kvarkový náboj pomenovaný podľa farieb.
Kombinácia kvarku každej farby do skupín po troch je jedným zo spôsobov, ako vytvoriť farebne neutrálnu časticu, ktoré sa nazývajú baryóny. Protóny a neutróny sú najbežnejšie baryóny. Ďalším spôsobom, ako skombinovať kvarky, je spárovať kvark určitej farby s kvarkom jeho anti-farby. Napríklad zelený kvark a anti-zelený kvark by sa mohli kombinovať a tvoriť farebne neutrálnu časticu. Tieto častice s dvoma kvarkami sú známe ako mezóny a boli objavené prvýkrát v roku 1947. Napríklad kladne nabitý pion pozostáva z kvarku hore a kvarku antičasticového dolu.
Podľa pravidiel silnej sily existujú aj iné spôsoby, ako by sa kvarky mohli spojiť a vytvoriť neutrálnu časticu. Jeden z nich, tetraquark, kombinuje štyri kvarky, kde dve častice majú určitú farbu a ďalšie dve majú zodpovedajúce antifarbivá. Boli navrhnuté ďalšie, ako napríklad pentaquark (3 farby + farebný pár farieb) a hexaquark (3 farby + 3 farby). Doteraz však boli všetky tieto hypotézy. Aj keď by takéto častice boli farebne neutrálne, je tiež možné, že nie sú stabilné a jednoducho sa rozpadnú na baryóny a mezóny.
Existujú určité experimentálne náznaky tetraquarkov, ale tento posledný výsledok je najsilnejším dôkazom toho, že 4 kvarky tvoria farebne neutrálnu časticu. To znamená, že kvarky sa môžu kombinovať oveľa komplexnejšie, ako sme pôvodne očakávali, a to má dôsledky na vnútornú štruktúru neutrónových hviezd.
Tradičný model neutrónovej hviezdy je veľmi jednoduchý tak, že je vyrobený z neutrónov. Neutróny pozostávajú z troch kvarkov (dva dole a jeden hore), všeobecne sa však predpokladá, že interakcie častíc v neutrónovej hviezde sú interakcie medzi neutrónmi. S existenciou tetraquarkov je možné, že neutróny v jadre interagujú dostatočne silne, aby vytvorili tetraquark. To by dokonca mohlo viesť k produkcii pentaquarkov a hexaquarkov, alebo dokonca že kvarky mohli interagovať jednotlivo bez toho, aby sa viazali na neutrálne farebné častice. Takto by vznikol hypotetický objekt známy ako hviezda kvarkov.
Toto je všetko hypotetické v tomto bode, ale overené dôkazy o tetraquarkoch donútia astrofyzikov, aby prehodnotili niektoré predpoklady, ktoré máme o interiéri neutrónových hviezd.
Dodatok: Zdôraznilo sa, že výsledky CERN nie sú pôvodným objavom, ale skôr potvrdením predchádzajúcich výsledkov spoluprácou Belle. Výsledky Belle nájdete v dokumente z roku 2008 v listoch o fyzickom preskúmaní, ako aj v dokumente z roku 2013 v liste o fyzickom preskúmaní D. Takže kredit, ak je splatný úver.
