"Tři kvarky pro Mustera Marka!", Napsal James Joyce ve své labyrintové bajce,Finnegan's Wake. Nyní jste možná slyšeli tuto citaci - krátkou, nesmyslnou větu, která nakonec dala jméno „kvark“ nejzákladnějším stavebním kamenům vesmíru. Dnešní fyzici věří, že rozumí základům toho, jak se kvarky kombinují; tři se spojí a vytvoří baryony (každodenní částice jako proton a neutron), zatímco dva - kvark a antikvark - se spojí a vytvoří exotičtější, méně stabilní odrůdy zvané mesony. Vzácná čtyřkvarková partnerství se nazývají tetraquarky. A pět kvarků svázaných v jemném tanci? To by samozřejmě bylo pentaquark. A pentaquark, který byl donedávna pouhým výtvorem fyziky, byl nyní detekován na LHC!
Jaký je velký problém? Pentaquark nemusí být zábavným slovem pětkrát rychle, ale může odemknout nové zásadní informace o silné jaderné síle. Tato zjevení by mohla nakonec změnit způsob, jakým přemýšlíme o našem skvěle hustém příteli, neutronové hvězdě - a skutečně o povaze samotné známé záležitosti.
Fyzici znají šest typů kvarků, které jsou uspořádány podle hmotnosti. Nejlehčí ze šesti jsou kvarky nahoru a dolů, které tvoří nejznámější každodenní baryony (dva vzestupy a pády v protonu a dva pády a vzestupy v neutronu). Další nejtěžší jsou kouzelné a podivné kvarky, za nimiž následují horní a dolní kvarky. A proč se zastavit? Kromě toho má každý ze šesti kvarků odpovídající anti-částici nebo antiquark.
Důležitým atributem obou kvarků a jejich protičástic protějšků je něco, co se nazývá „barva“. Kvarky samozřejmě nemají barvu stejným způsobem, jako byste mohli nazvat jablko „červenou“ nebo oceánskou „modrou“; spíše, tato vlastnost je metaforický způsob komunikace jednoho ze základních zákonů subatomické fyziky - že částice obsahující kvark (nazývané hadrony) vždy nesou neutrální barevný náboj.
Například, tři složky protonu musí zahrnovat jeden červený kvark, jeden zelený kvark a jeden modrý kvark. Tyto tři „barvy“ přidávají neutrální částici stejným způsobem, jakým se kombinuje červené, zelené a modré světlo a vytváří bílou záři. Podobné zákony platí pro kvarky a antikvark, které tvoří mezon: jejich barvy musí být přesně opačné. Červený kvark se kombinuje pouze s anti-červeným (nebo azurovým) antikvarkem atd.
Také pentaquark musí mít neutrální barevný náboj. Představte si proton a meson (konkrétně typ nazývaný J / psi meson) svázaný dohromady - červený, modrý a zelený kvark v jednom rohu a barevně neutrální pár kvark-antiquark v druhém - pro celkem celkem čtyři kvarky a jeden antikvark, jejichž barvy se úhledně navzájem ruší.
Fyzici si nejsou jisti, zda je pentaquark vytvořen tímto typem segregovaného uspořádání nebo zda je všech pět kvarků přímo svázáno; v každém případě, stejně jako všechny hadrony, je pentaquark udržován pod kontrolou titanem základní dynamiky, silné jaderné síly.
Silná jaderná síla, jak napovídá její název, je nevýslovně robustní síla, která slepuje složky každého atomového jádra: protony a neutrony a hlavně jejich vlastní kvarky. Silná síla je tak houževnatá, že „volné kvarky“ nebyly nikdy pozorovány; všichni jsou příliš pevně uzavřeni ve svých rodičovských baryonech.
Ale ve vesmíru je jedno místo, kde mohou existovat kvarky samy o sobě, v jakémsi metadunárním stavu: v mimořádně hustém typu neutronové hvězdy. U typické neutronové hvězdy je gravitační tlak tak obrovský, že protony a elektrony přestávají být. Jejich energie a náboje se roztaví dohromady a nezanechají nic jiného než útulné množství neutronů.
Fyzici se domnívají, že při extrémních hustotách, v nejkompaktnějších hvězdách, se sousední neutrony v jádru mohou dokonce rozpadnout do shluku jednotlivých částí.
Neutronová hvězda ... by se stala hvězdicí kvarků.
Vědci se domnívají, že pochopení fyziky pentaquarku může vrhnout světlo na způsob, jakým silná jaderná síla funguje v takových extrémních podmínkách - nejen v takových příliš hustých neutronových hvězdách, ale možná dokonce v prvních zlomcích sekundy po Velkém třesku. Další analýza by měla také pomoci fyzikům upřesnit jejich chápání způsobů, jakými mohou a nemohou kvarky kombinovat.
Data, která vedla k tomuto objevu - neuvěřitelný výsledek 9 sigma! - vyšel z prvního běhu LHC (2010–2013). Když superkollider nyní pracuje na dvojnásobku své původní energetické kapacity, fyzici by neměli mít problém odhalit tajemství pentaquarku ještě dále.
Předtisk objevu pentaquarku, který byl zaslán do časopisu Physical Review Letters, najdete zde.
