După zeci de ani în care s-a aruncat în matematica din spatele lipiciului care ține lașele de toate materiile la un loc, fizicienii au găsit o particulă ciudată ipotetică, care nu a apărut niciodată într-un experiment. Numit sequark, oddball este alcătuit dintr-un aranjament funky format din șase quark-uri de diferite arome.
Pe lângă faptul că este un personaj care sună de minune, estequark-ul ar putea explica în cele din urmă misterul mereu înnebunitor al materiei întunecate. Și fizicienii au descoperit că dacă estequark-ul are o masă anume, particula ar putea trăi pentru totdeauna.
Quarkuri ale naturii
Aproape tot ceea ce știi și iubești este format din particule minuscule cunoscute sub numele de quarks. Există șase dintre ele, date numele, din diferite motive neridice, de sus, jos, de sus, de jos, ciudat și farmec. Soiurile în sus și în jos sunt cele mai ușoare dintre ciorchine, ceea ce le face de departe cele mai comune. (În fizica particulelor, cu cât ești mai greu, cu atât este mai probabil să te descompună în lucruri mai mici și mai stabile.)
Protonii și neutronii din corpul tău sunt toate compuse din trios de quark; două înălțări și în jos fac un proton, iar două coborâșuri și un în sus fac un neutron. Într-adevăr, datorită naturii complicate a forței puternice, quark-urile se bucură într-adevăr de agățat în grupuri de trei, iar aceasta este și de departe cea mai stabilă și cea mai comună configurație.
Ocazional în colizorii noștri de particule, creăm particule fiecare constând dintr-o pereche de quark-uri; aceste conglomerate sunt instabile și se descompun rapid în altceva. Uneori, când încercăm cu adevărat, putem să lipim cinci quarkuri împreună și să le facem să se joace frumos unul cu altul - pe scurt - înainte ca acestea, de asemenea, să se descompună în altceva.
Și până în prezent, acestea sunt toate combinațiile de quark-uri pe care am putut să le fabricăm.
Cu toate acestea, poate exista ceva mai ciudat.
Forjarea elementelor
După zeci de ani de prindere în jurul colțurilor matematice ale forței nucleare puternice, fizicienii au descoperit o combinație ciudată care încă a apărut în experimentele noastre: un aranjament format din șase quarkuri, constând din două urcări, două coborâșuri și două străine: fiequark-ul.
Teoriile nu prezic o masă pentru sequark; această valoare ar depinde de aranjarea și interacțiunea exactă a quark-urilor individuale din interiorul acelei particule, așa că depinde de fizicienii experimentali să o scoată. Și în ceea ce privește stabilitatea fiequark-ului? Calculele sugerează că, dacă masa ei ar scădea sub un anumit prag, aceasta ar fi absolut stabilă pentru totdeauna, ceea ce înseamnă că nu s-ar descompune niciodată. Și dacă masa este puțin mai mare decât asta, dar totuși sub un anumit prag, atunci particula s-ar descompune, dar pe perioade atât de lungi încât ar putea fi la fel de stabilă pentru totdeauna.
Deci, dacă este stabil, de ce nu am văzut-o niciodată?
Curios, gama de mase stabile pentru sequark se încadrează sub pragul a ceea ce pot crea multe experimente cu colizorul de particule; aceste instrumente au fost concepute pentru a studia particule mult mai rare, mult mai grele, mult mai trecătoare. Cu alte cuvinte, estequark-ul poate fi ascuns la o vedere simplă, având pur și simplu zburat sub radar în toți acești ani.
Dar colizorii de particule nu sunt singurul loc în care pot fi făcuți. Primele momente ale Big Bang-ului au fost o pată fierbinte de energii nucleare, cu temperaturi și presiuni suficient de ridicate pentru a forja heliu și hidrogen dintr-o supă brută de quark. Și acea forjă poate să fi inundat cosmosul nostru cu ființe, împreună cu toate personajele subatomice mai cunoscute.
Calculele preliminare sugerează că, dacă estequark-ul este un lucru real în limita corectă a maselor, acesta ar fi putut fi produs într-o abundență ridicolă în universul timpuriu. Și ar fi putut supraviețui acelui infern tânăr. De fapt, estequark poate să existe încă, fără să interacționeze cu nimic, fără să se descompună cu adevărat în orice altceva - doar existent, creând atrageri gravitaționale suplimentare oriunde se colectează, datorită masei lor.
O particulă invizibilă care inundă universul și care interacționează doar prin gravitație? Bingo. Aceasta este chestiunea întunecată.
O lumină în întuneric
Pentru ca fiequark-ul să creeze materia întunecată, trebuie să existe de fapt. Acesta este în prezent un subiect de dezbatere, deoarece obiectul nu a fost niciodată observat într-un experiment cu colizorul de particule. Dar așa cum am văzut mai devreme, masa relativ ușoară a lui Berequark poate însemna că a reușit să alunece neobservată, pur și simplu pentru că nu am căutat-o.
Dar asta începe să se schimbe. Detectorul BaBar de la SLAC National Accelerator Laboratory din California este foarte bun pentru a produce o mulțime de combinații de quark, inclusiv unele cu adevărat grele, care se descompun în aranjamente mai stabile și mai rezonabile. BaBar ar trebui să producă, de asemenea, o recoltă de bare de siguranță, dacă există.
O lucrare publicată pe 2 ianuarie în baza de date arXiv a raportat cel mai recent rezultat: niciun semn al fiecartului. Dar această constatare este certă la un nivel de încredere de doar 90%. Asta înseamnă că, dacă combinațiile mai masive și mai puțin stabile de quark se descompun în fiecare cerere stabilă, acestea o fac foarte rar, cu o rată de numai 1 decădere din fiecare 10 milioane.
Aceasta exclude sexquark-ul ca candidat la chestiuni întunecate? Nu chiar. S-ar putea ca condițiile universului timpuriu să permită să fie făcute suficiente șiruri pentru ca acestea să poată da seama de cantitatea de materie întunecată pe care estimăm că este în univers. Dar noul rezultat face dificilă utilizarea fiequark-ului pentru a explica materia întunecată.
Încercați frumos, fiequark, dar nici un trabuc - cel puțin, nu încă.
Paul M. Sutter este astrofizician laSUNY Stony Brook și Flatiron Institute, gazdăÎntrebați un Spaceman șiRadio spațială, și autorulLocul tău în Univers.
