„Trzy kwarki dla Muster Mark!” - napisał James Joyce w swojej labiryntowej bajce:Finnegans wake. Do tej pory mogłeś słyszeć ten cytat - krótkie, bezsensowne zdanie, które ostatecznie nadało nazwę „kwark” najbardziej fundamentalnym elementom Wszechświata (jak dotąd niezrównanym). Dzisiejsi fizycy uważają, że rozumieją podstawy łączenia kwarków; trzy łączą się tworząc bariony (codzienne cząstki, takie jak proton i neutron), podczas gdy dwa - kwark i antykwark - łączą się, tworząc bardziej egzotyczne, mniej stabilne odmiany zwane mezonami. Rzadkie związki czterech kwarków nazywane są tetraquarkami. I pięć kwarków połączonych w delikatny taniec? Oczywiście byłoby to pentakwark. A pentakwark, do niedawna zwykła wiedza z zakresu fizyki, został wykryty w LHC!
Więc o co chodzi? Pentaquark nie jest tylko zabawnym słowem, mówiąc pięć razy szybciej, może odblokować istotne nowe informacje o silnej sile jądrowej. Te objawienia mogą ostatecznie zmienić sposób, w jaki myślimy o naszym niezwykle gęstym przyjacielu, gwieździe neutronowej - i, w rzeczy samej, o naturze samej materii.
Fizycy znają sześć rodzajów kwarków, które są uporządkowane według masy. Najlżejsze z sześciu to kwarki wznoszące i opadające, które tworzą najbardziej znane codzienne bariony (dwa wzloty i upadki w protonie oraz dwa spadki i wzlot w neutronie). Kolejne najcięższe to urok i dziwne kwarki, a następnie górne i dolne kwarki. I po co się tu zatrzymywać? Ponadto, każdy z sześciu kwarków ma odpowiednią antycząstkę lub antykwark.
Ważnym atrybutem zarówno kwarków, jak i ich przeciwcząstkowych odpowiedników jest coś, co nazywa się „kolorem”. Oczywiście kwarki nie mają koloru w taki sam sposób, jak można nazwać jabłko „czerwonym” lub ocean „niebieskim”; właściwość ta jest raczej metaforycznym sposobem komunikowania jednego z podstawowych praw fizyki subatomowej - że cząstki zawierające kwark (zwane hadronami) zawsze mają neutralny ładunek koloru.
Na przykład trzy składniki protonu muszą zawierać jeden czerwony kwark, jeden zielony kwark i jeden niebieski kwark. Te trzy „kolory” tworzą neutralną cząsteczkę w taki sam sposób, w jaki czerwone, zielone i niebieskie światło łączą się, tworząc biały blask. Podobne prawa obowiązują kwark i antykwark, które tworzą mezon: ich kolory muszą być dokładnie przeciwne. Czerwony kwark będzie się łączyć tylko z antykwarkowym antykwarycznym (lub cyjanowym) i tak dalej.
Pentakark również musi mieć neutralny ładunek koloru. Wyobraź sobie proton i mezon (konkretnie typ zwany mezonem J / psi) połączone razem - czerwony, niebieski i zielony kwark w jednym rogu, a para kwark-antykwark w neutralnym kolorze w drugim - dla w sumie cztery kwarki i jeden antykwark, których wszystkie kolory starannie się znoszą.
Fizycy nie są pewni, czy pięciokwark powstaje w wyniku tego rodzaju segregacji, czy też wszystkie pięć kwarków jest bezpośrednio ze sobą związanych; tak czy inaczej, jak wszystkie hadrony, pentakwark jest kontrolowany przez tego tytana o fundamentalnej dynamice, silnej sile jądrowej.
Silna siła jądrowa, jak sama nazwa wskazuje, jest niewymowną siłą, która skleja ze sobą elementy każdego jądra atomowego: protony i neutrony, a przede wszystkim ich własne kwarki składowe. Silna siła jest tak wytrwała, że nigdy nie zaobserwowano „wolnych kwarków”; wszystkie są zbyt mocno zamknięte w swoich macierzystych barionach.
Ale jest jedno miejsce we Wszechświecie, w którym kwarki mogą występować same w sobie, w rodzaju stanu meta-jądrowego: w wyjątkowo gęstym typie gwiazdy neutronowej. W typowej gwiazdy neutronowej ciśnienie grawitacyjne jest tak ogromne, że protony i elektrony przestają istnieć. Ich energie i ładunki topią się, pozostawiając jedynie przytulną masę neutronów.
Fizycy przypuszczają, że przy ekstremalnych gęstościach, w najbardziej zwartych gwiazdach, sąsiadujące neutrony w rdzeniu mogą nawet same ulec rozpadowi na stertę części składowych.
Gwiazda neutronowa… stałaby się gwiazdą kwarku.
Naukowcy uważają, że zrozumienie fizyki pentakwarki może rzucić światło na sposób działania silnej siły jądrowej w tak ekstremalnych warunkach - nie tylko w tak gęstych gwiazdach neutronowych, ale może nawet w pierwszych ułamkach sekundy po Wielkim Wybuchu. Dalsza analiza powinna również pomóc fizykom udoskonalić ich rozumienie sposobów, w jakie kwarki mogą się łączyć.
Dane, które doprowadziły do tego odkrycia - niesamowity wynik 9 sigma! - wyszedł z pierwszego cyklu LHC (2010–2013). Biorąc pod uwagę, że superkolider działa teraz dwukrotnie lepiej niż jego pierwotna pojemność energetyczna, fizycy nie powinni mieć problemu z rozwikłaniem tajemnic pentakwaru.
Odcisk pentakwaru, który został przesłany do czasopisma Physical Review Letters, można znaleźć tutaj.
