„Három kvarc a gyülekező Márkért!” - írta James Joyce labirintus mesésében,Finnegan ébredése. Mostantól már hallotta ezt az idézetet - a rövid, értelmetlen mondatot, amely végül „kvarc” nevet adott az Univerzum (még mindig felülmúlhatatlan) legalapvetőbb építőelemeinek. A mai fizikusok úgy gondolják, hogy megértik a kvarkok kombinációjának alapjait; három összekapcsolódik, hogy baryonokat képezzenek (mindennapi részecskék, mint például a proton és a neutron), míg kettő - a kvark és az antigárd - ragaszkodjanak, hogy egzotikusabb, kevésbé stabil fajtákat képezzenek, amelyeket mezonoknak nevezünk. A ritka négykvarkos társulásokat tetrakvarkoknak nevezzük. És öt kvarkot kötött egy finom táncba? Természetesen ez a pentakvark. És az ötszögletű, egészen a közelmúltig pusztán a fizika alkotása, most felfedezésre került az LHC-n!
Szóval mi a nagy ügy? A pentaquark nem csupán szórakoztató szó, amelyet ötször gyorsan elmondhatunk, hanem alapvető új információkat is felfedhet az erős atomerőműről. Ezek a kinyilatkoztatások végül megváltoztathatják a szuper sűrű barátunkra, a neutroncsillagra gondolkodásmódunkat - és valójában maga az ismerős anyag természetét.
A fizikusok hat típusú kvarkokat ismernek, amelyek súly szerint vannak rendezve. A hat közül a legkönnyebb a fel és le kvark, amelyek a legismertebb hétköznapi baronokat alkotják (két felfelé és lefelé a protonban és két lefelé és egy fel a neutronba). A következő legnehezebbek a varázsa és a furcsa kvarkok, majd a felső és az alsó kvarkok. És miért áll meg itt? Ezen túlmenően a hat kvark mindegyikének van megfelelő részecske-ellenes vagy antiquark-ja.
Mind a kvarkok, mind a részecskeellenes ekvivalensek fontos tulajdonsága a „szín”. A kvarkok természetesen nem tartalmazzák a színt ugyanolyan módon, mint amit almának „vörösnek” vagy az óceánt „kéknek” nevezhetnének; inkább ez a tulajdonság egy metaforikus módszer a szubatomi fizika egyik alapvető törvényének kommunikálására - hogy a kvarctartalmú részecskék (úgynevezett hadronok) mindig semleges színű töltéssel rendelkeznek.
Például a proton három komponensének tartalmaznia kell egy vörös kvarkot, egy zöld kvarkot és egy kék kvarkot. Ez a három „szín” egy semleges részecskét ad fel, ugyanúgy, mint a vörös, a zöld és a kék fény fehér fényt hoz létre. Hasonló törvények vannak érvényben a kvarkot és az antikarkot, amelyek mezont alkotnak: színeknek pontosan ellentétesnek kell lenniük. A vörös kvarc csak egy vörös (vagy cián) antiquarkral kombinálható és így tovább.
A pentaquarknak semleges színű töltéssel kell rendelkeznie. Képzeljünk el egy protont és egy mezont (konkrétan egy J / psi mezonnak nevezett típust), amelyek egymáshoz vannak kötve - az egyik sarokban egy vörös, kék és egy zöld kvarcot, a másikban pedig szín-semleges kvarc-antikárpárt - egy összesen négy kvark és egy antikőr, amelyek mindegyik színe szépen elvonja egymást.
A fizikusok nem biztosak abban, hogy az ötszögletűt ezt a szegregált elrendezést hozzák-e létre, vagy mind az öt kvarkot közvetlenül összekapcsolják; Akárhogy is, mint az összes hadronot, az ötszögletét az alapvető dinamika titánja, az erős nukleáris erő ellenőrzi.
Az erős nukleáris erő, amint a neve is sugallja, az a meg nem mondhatóan robusztus erő, amely összekapcsolja minden atommag összetevőit: protonokat és neutronokat, és ami még fontosabb, saját alkotó kvarkeik. Az erős erő annyira kitartó, hogy „szabad kvarcokat” még soha nem figyeltünk meg; mindegyikük túlságosan szorosan van szülő barionjain belül.
De van egy hely az univerzumban, ahol kvarkok létezhetnek önmagukban, egyfajta meta-nukleáris állapotban: egy rendkívül sűrű típusú neutroncsillagban. Egy tipikus neutroncsillagban a gravitációs nyomás olyan óriási, hogy a protonok és az elektronok már nem lesznek. Energiáik és töltéseik összeolvadnak, és semmi másra nem hagynak, csak egy kellemes neutrontömeggel.
A fizikusok azt sejtik, hogy a szélsőséges sűrűségben, a legtökéletesebb csillagokban a magban lévő szomszédos neutronok maguk is széteshetnek egy alkotóelem hüvelyébe.
A neutroncsillag… kvarccsillaggá válik.
A tudósok úgy vélik, hogy az ötszögletű fizika megértése rávilágíthat arra, hogyan működik az erős nukleáris erő ilyen szélsőséges körülmények között - nemcsak az ilyen túlságosan sűrű neutroncsillagokban, de talán még a Nagyrobbanást követő másodperc első részeiben is. A további elemzéseknek a fizikusoknak is segíteniük kell annak megértésében, hogy megértsék azokat a módszereket, amelyeket a kvarkok kombinálhatnak és nem képesek kombinálni.
Az adatok, amelyek ezt a felfedezést okozták - egy óriási 9 szigma eredmény! - jött ki az LHC első futamából (2010-2013). Mivel a szuperhüvely már az eredeti energiakapacitása megkétszereződött, a fizikusoknak nem kellene gondolniuk, hogy a pentaquark misztériumait még jobban feltárják.
A Pentaquark felfedezésének előzetes nyomtatványa, amelyet eljuttattak a Physical Review Letters folyóirathoz, itt található.
