Być może słyszałeś, że CERN ogłosił odkrycie (faktycznie potwierdzenie. Patrz załącznik poniżej) dziwnej cząstki znanej jako Z (4430). Artykuł podsumowujący wyniki został opublikowany na stronie physics arxiv, która jest repozytorium przedrukowanych (jeszcze nie recenzowanych) artykułów z fizyki. Nowa cząsteczka jest około 4 razy masywniejsza niż proton, ma ładunek ujemny i wydaje się być teoretyczną cząsteczką znaną jako czworokwark. Wyniki są wciąż młode, ale jeśli to odkrycie się utrzyma, może to mieć wpływ na nasze zrozumienie gwiazd neutronowych.
Budulce materii zbudowane są z leptonów (takich jak elektron i neutrina) i kwarków (które tworzą protony, neutrony i inne cząstki). Kwarki różnią się bardzo od innych cząstek tym, że mają ładunek elektryczny równy 1/3 lub 2/3 ładunku elektronu i protonu. Posiadają także inny rodzaj „ładunku” zwanego kolorem. Tak jak ładunki elektryczne oddziałują poprzez siłę elektromagnetyczną, tak ładunki kolorowe oddziałują przez silną siłę jądrową. Jest to ładunek kolorów kwarków, który utrzymuje razem jądra atomów. Ładunek kolorowy jest znacznie bardziej złożony niż ładunek elektryczny. W przypadku ładunku elektrycznego jest po prostu dodatni (+), a jego przeciwieństwo - ujemny (-). Kolor ma trzy typy (czerwony, zielony i niebieski) i ich przeciwieństwa (przeciw czerwony, przeciw zielony i przeciw niebieski).
Ze względu na sposób działania silnej siły nigdy nie możemy zaobserwować wolnego kwarka. Silna siła wymaga, aby kwarki zawsze grupowały się razem, tworząc cząsteczkę o neutralnym kolorze. Na przykład proton składa się z trzech kwarków (dwa w górę i jeden w dół), przy czym każdy kwark ma inny kolor. Dzięki widzialnemu światłu dodanie czerwonego, zielonego i niebieskiego światła daje białe, bezbarwne światło. W ten sam sposób połączenie czerwonego, zielonego i niebieskiego kwarku daje cząsteczkę neutralną pod względem koloru. To podobieństwo do właściwości kolorystycznych światła powoduje, że ładunek kwarkowy nosi nazwę kolorów.
Łączenie kwarka z każdego koloru w trzyosobowe grupy jest jednym ze sposobów na stworzenie cząstki neutralnej pod względem koloru i są one znane jako bariony. Protony i neutrony są najczęstszymi barionami. Innym sposobem łączenia kwarków jest łączenie kwarka o określonym kolorze z kwarkiem o jego kolorze. Na przykład zielony kwark i anty-zielony kwark mogą łączyć się, tworząc cząstkę o neutralnym kolorze. Te cząstki dwu-kwarkowe są znane jako mezony i zostały odkryte po raz pierwszy w 1947 r. Na przykład dodatnio naładowany pion składa się z kwarka wznoszącego i antycząstkowego w dół kwarku.
Zgodnie z regułami silnej siły istnieją inne sposoby łączenia kwarków w celu utworzenia neutralnej cząstki. Jeden z nich, tetraquark, łączy cztery kwarki, w których dwie cząstki mają określony kolor, a pozostałe dwa mają odpowiednie kolory przeciwbarwne. Zaproponowano inne, takie jak pentakark (3 kolory + para kolorów przeciwkolorowych) i heksakwark (3 kolory + 3 kolory przeciwkolorowe). Ale do tej pory wszystkie były hipotetyczne. Chociaż takie cząstki byłyby neutralne pod względem koloru, możliwe jest również, że nie są stabilne i po prostu rozpadają się na bariony i mezony.
Istnieją pewne eksperymentalne wskazówki dotyczące czworościanów, ale ten najnowszy wynik jest najsilniejszym dowodem na to, że 4 kwarki tworzą cząstkę neutralną kolorowo. Oznacza to, że kwarki mogą łączyć się w znacznie bardziej złożone sposoby, niż pierwotnie oczekiwaliśmy, a to ma wpływ na wewnętrzną strukturę gwiazd neutronowych.
Po prostu tradycyjny model gwiazdy neutronowej polega na tym, że jest ona zbudowana z neutronów. Neutrony składają się z trzech kwarków (dwa w dół i jeden w górę), ale ogólnie uważa się, że oddziaływania cząstek w obrębie gwiazdy neutronowej są oddziaływaniami między neutronami. Przy istnieniu tetraquarków możliwe jest, że neutrony w rdzeniu oddziałują wystarczająco silnie, aby utworzyć tetraquarki. Może to nawet prowadzić do produkcji pentakwarków i heksakwarków, a nawet, że kwarki mogą oddziaływać indywidualnie bez wiązania się w cząstki o neutralnym kolorze. W ten sposób powstałby hipotetyczny obiekt znany jako gwiazda kwarkowa.
W tym momencie jest to wszystko hipotetyczne, ale zweryfikowane dowody na istnienie tetraquarków zmuszą astrofizyków do ponownego przeanalizowania niektórych założeń, jakie mamy o wnętrzach gwiazd neutronowych.
Uzupełnienie: Zwrócono uwagę, że wyniki CERN nie są oryginalnym odkryciem, ale raczej potwierdzeniem wcześniejszych wyników przez Belle Collaboration. Wyniki Belle można znaleźć w artykule z 2008 r. W Physical Review Letters, a także w dokumencie z 2013 r. W Physical Review D.
