Po dziesięcioleciach grzebania w matematyce za klejem utrzymującym wnętrze materii razem, fizycy znaleźli dziwną hipotetyczną cząsteczkę, taką, która nigdy nie pojawiła się w żadnym eksperymencie. Nazywany sexaquark, dziwak składa się z funkowej aranżacji sześciu kwarków o różnych smakach.
Poza tym, że jest fajnie brzmiącą postacią, sexaquark może ostatecznie wyjaśnić szaloną tajemnicę ciemnej materii. I fizycy odkryli, że jeśli sekwakwar ma określoną masę, cząsteczka mogłaby żyć wiecznie.
Kwarki natury
Prawie wszystko, co znasz i kochasz, składa się z drobnych cząstek zwanych kwarkami. Jest ich sześć, biorąc pod uwagę nazwy, z różnych nerdy powodów: góra, dół, góra, dół, dziwne i urocze. Odmiany w górę i w dół są najlżejsze z tej grupy, co czyni je zdecydowanie najczęstszymi. (W fizyce cząstek elementarnych im jesteś cięższy, tym bardziej prawdopodobne jest, że rozpadniesz się na mniejsze, stabilniejsze rzeczy).
Protony i neutrony w twoim ciele składają się z trio kwarków; dwa wzloty i upadek tworzą proton, a dwa wzloty i upadek tworzą neutron. Rzeczywiście, ze względu na skomplikowaną naturę silnej siły, kwarki naprawdę lubią spotykać się w grupach po trzy, i jest to również zdecydowanie najbardziej stabilna i najczęstsza konfiguracja.
Czasami w naszych zderzaczach cząstek tworzymy cząstki, z których każda składa się z pary kwarków; te konglomeracje są niestabilne i szybko rozpadają się na coś innego. Czasami, kiedy naprawdę się staramy, możemy skleić ze sobą pięć kwarków i sprawić, by dobrze się ze sobą bawili - krótko - zanim one również rozpadną się na coś innego.
I do tej pory są to wszystkie kombinacje kwarków, które udało nam się wyprodukować.
Jednak może być coś dziwniejszego.
Kuźnia żywiołów
Po dziesięcioleciach przeszukiwania matematycznych zakątków silnej siły jądrowej fizycy znaleźli dziwną kombinację, która jeszcze się nie pojawiła w naszych eksperymentach: układ sześciu kwarków, składający się z dwóch wzlotów, dwóch upadków i dwóch dziwactw: sekwakrwa.
Teorie nie przewidują masy sekwakaru; wartość ta zależałaby od dokładnego rozmieszczenia i interakcji poszczególnych kwarków wewnątrz tej cząstki, więc fizyk eksperymentalny musi ją ustalić. A jeśli chodzi o stabilność sexaquark? Obliczenia sugerują, że jeśli jego masa spadnie poniżej pewnego progu, będzie absolutnie stabilna na zawsze, co oznacza, że nigdy się nie rozpadnie. A jeśli masa jest nieco większa, ale wciąż poniżej pewnego progu, cząstka rozpadnie się, ale w tak długich skalach czasowych, że równie dobrze może być stabilna na zawsze.
Więc jeśli jest stabilny, dlaczego go nigdy nie widzieliśmy?
Co ciekawe, zakres mas stabilnych dla sekwakaru spada poniżej progu, jaki może stworzyć wiele eksperymentów z zderzaczami cząstek; narzędzia te zostały zaprojektowane do badania znacznie rzadszych, znacznie cięższych, znacznie bardziej ulotnych cząstek. Innymi słowy, Sekakwar może ukrywać się na widoku, po prostu latając pod radarem przez te wszystkie lata.
Ale zderzacze cząstek nie są jedynym miejscem do wytwarzania sekwarków. Najwcześniejsze momenty Wielkiego Wybuchu były szalonym siedliskiem energii jądrowej, z temperaturami i ciśnieniami wystarczająco wysokimi, aby wykuwać hel i wodór z surowej zupy kwarków. I ta kuźnia mogła również zalać nasz kosmos seksekwarkami, a także wszystkimi bardziej znanymi postaciami subatomowymi.
Wstępne obliczenia sugerują, że jeśli sekwarek jest prawdziwym przedmiotem w odpowiednim zakresie mas, mógłby zostać wyprodukowany w absurdalnej obfitości we wczesnym wszechświecie. I mogło przetrwać to młodzieńcze piekło. W rzeczywistości sekkwarki mogą nadal istnieć, nie wchodząc w interakcje z niczym, nie rozpadając się w nic innego - po prostu istniejące, powodując dodatkowe przyciąganie grawitacyjne wszędzie tam, gdzie się gromadzą, ze względu na swoją masę.
Niewidoczna cząstka, która zalewa wszechświat i która oddziałuje tylko poprzez grawitację? Bingo To ciemna materia.
Światło w ciemności
Aby seksekwark mógł stworzyć ciemną materię, musi on istnieć. Jest to obecnie przedmiotem dyskusji, ponieważ obiekt nigdy nie został zauważony w eksperymencie zderzaczy cząstek. Ale, jak widzieliśmy wcześniej, stosunkowo lekka masa sexaquarku może oznaczać, że był w stanie prześlizgnąć się niezauważony, po prostu dlatego, że go nie szukaliśmy.
Ale to zaczyna się zmieniać. Detektor BaBar w SLAC National Accelerator Laboratory w Kalifornii jest naprawdę dobry w wytwarzaniu wielu kombinacji kwarków, w tym niektórych naprawdę ciężkich, które rozpadają się na stabilne i bardziej rozsądne układy. BaBar powinien także produkować zderzaki z sekwarkami, jeśli takie istnieją.
Artykuł opublikowany 2 stycznia w bazie danych arXiv podał ostatni wynik: brak śladu sekwakaru. Ale to odkrycie jest pewne, że poziom ufności wynosi tylko 90%. Oznacza to, że jeśli bardziej masywne i mniej stabilne kombinacje kwarków rozpadną się na stabilne sekwakryty, robią to bardzo rzadko, w tempie zaledwie 1 rozpadu na każde 10 milionów.
Czy to wyklucza sexkwark jako kandydata do ciemnej materii? Nie do końca. Możliwe, że warunki wczesnego wszechświata pozwoliły na wytworzenie wystarczającej ilości sekwarków, aby mogły one uwzględnić ilość ciemnej materii, którą, jak oceniamy, znajduje się we wszechświecie. Ale nowy wynik sprawia, że użycie sekwakwaru do wyjaśnienia ciemnej materii jest trudne.
Niezła próba, sexaquark, ale bez cygara - przynajmniej jeszcze nie.
Paul M. Sutter jest astrofizykiemSUNY Stony Brook i Flatiron Institute, gospodarzZapytaj kosmonautę iRadio kosmicznei autorTwoje miejsce we wszechświecie.
