"Tri kvarka za Muster Marka!", Napisao je James Joyce u svojoj basni o labirintu,Finneganovo buđenje, Do sad ste možda čuli ovaj citat - kratku, besmislenu rečenicu koja je na kraju dala ime "kvark" po (još uvijek nenadmašenim) svemiru. Današnji fizičari vjeruju da razumiju osnove kombiniranja kvarkova; tri se spajaju i formiraju barione (svakodnevne čestice poput protona i neutrona), dok se dva - kvark i antikvark - drže zajedno kako bi tvorili egzotičnije, manje stabilne sorte koje se nazivaju mezoni. Rijetka partnerstva s četiri kvarka nazivaju se tetrakuri. A pet kvarkova vezanih u osjetljiv ples? Naravno, to bi bio a pentaquark, A pentakark, donedavno puki lik fizike, otkriven je na LHC-u!
Pa što je velika stvar? Daleko od zabavne riječi petostruke brzine, pentakark može otključati nove važne podatke o snažnoj nuklearnoj sili. Te bi objave u konačnici mogle promijeniti način na koji razmišljamo o našem izvrsno gustom prijatelju, neutronskoj zvijezdi - i, zapravo, prirodi same poznate materije.
Fizičari poznaju šest vrsta kvarkova koji su poredani težinom. Najlakši od šest su kvarkovi za gore i dolje, koji čine najpoznatije svakodnevne barione (dva uspona i padova u protonu, i dva pada i uspona u neutronu). Sljedeći najteži su šarm i neobični kvarkovi, a slijede gornji i donji kvarkovi. I zašto se tu zaustaviti? Uz to, svaki od šest kvarkova ima odgovarajuću anti česticu ili antikvark.
Važno svojstvo oba kvarka i njihovih paketa protiv čestica je nešto što se naziva "boja". Naravno, kvarkovi nemaju boju na isti način na koji biste jabuku mogli nazvati "crvena" ili ocean "plava"; radije, ovo svojstvo je metaforički način komuniciranja jednog od bitnih zakona subatomske fizike - čestice koje sadrže kvark (nazvane hadroni) uvijek nose naboj u neutralnoj boji.
Na primjer, tri komponente protona moraju sadržavati jedan crveni kvark, jedan zeleni kvark i jedan plavi kvark. Ove tri "boje" dodaju se neutralnoj čestici na isti način na koji se crvena, zelena i plava svjetlost kombiniraju kako bi stvorile bijeli sjaj. Slični zakoni vrijede i za kvark i antikvark koji čine meson: njihove boje moraju biti točno suprotne. Crveni kvark kombinirat će se samo s anti-crvenim (ili cijan) antikvarkom i tako dalje.
Pentaquark također mora imati naboj neutralne boje. Zamislite protona i mezona (konkretno, vrstu koja se zove J / psi meson) spojene zajedno - crveni, plavi i zeleni kvark u jednom kutu, a par boja kvarta-antikvark u drugom - za ukupno četiri kvarka i jedan antikvark, koji se u svim bojama uredno poništavaju.
Fizičari nisu sigurni je li pentakark nastao ovom vrstom segregiranog rasporeda ili su svih pet kvarkova izravno povezani; Bilo kako bilo, kao i svi hadroni, pentakark je pod nadzorom tog titana temeljne dinamike, jake nuklearne sile.
Snažna nuklearna sila, kao što joj ime govori, je neizrecivo snažna sila koja spaja komponente svakog atomskog jezgra: protone i neutrone i, što je najvažnije, njihove sastavne kvarkove. Snažna sila je toliko uporan da nikada nisu primijećeni "besplatni kvarkovi"; svi su previše usko zatvoreni unutar roditelja.
Ali postoji jedno mjesto u Svemiru gdje mogu postojati kvarkovi sami po sebi, u svojevrsnom meta-nuklearnom stanju: u izuzetno gustom obliku neutronske zvijezde. U tipičnoj neutronskoj zvijezdi, gravitacijski tlak je toliko ogroman da protoni i elektroni prestaju biti. Njihova energija i naboji se tope zajedno, ne ostavljajući ništa drugo do gusta masa neutrona.
Fizičari su pretpostavili da pri ekstremnim gustoćama u najkompaktnijim zvijezdama susjedni neutroni unutar jezgre mogu čak i sami sebe raspasti u gomilu sastavnih dijelova.
Neutronska zvijezda ... postala bi kvarkova zvijezda.
Znanstvenici vjeruju da razumijevanje fizike pentakarka može osvijetliti način na koji jaka nuklearna sila djeluje u tako ekstremnim uvjetima - ne samo u tako pretjerano gustim neutronskim zvijezdama, već možda čak i u prvim dijelovima sekunde nakon Velikog praska. Daljnja analiza trebala bi također pomoći fizičarima da poboljšaju svoje razumijevanje načina na koji se kvarkovi i ne mogu kombinirati.
Podaci koji su doveli do ovog otkrića - nevjerojatan rezultat od 9 sigma! - izašao iz prve vožnje LHC-a (2010-2013). S superkolizatorom koji sada djeluje dvostruko u odnosu na izvorni energetski kapacitet, fizičari ne bi smjeli još više razotkriti tajne pentakarka.
Pretisak otkrića pentaquarka, koji je poslan u časopisu Physical Review Letters, možete pronaći ovdje.
