„Trei chisturi pentru Muster Mark!”, A scris James Joyce în fabula sa labirintică,Trezirea lui Finnegan. Până acum, este posibil să fi auzit acest citat - propoziția scurtă, lipsită de sens, care a dat, în cele din urmă, numele de „quark” în cele mai fundamentale blocuri de bază ale Universului (încă neîntrerupte). Fizicienii de astăzi cred că înțeleg elementele de bază ale combinației de quark; trei se unesc pentru a forma baroni (particule cotidiene precum protonul și neutronul), în timp ce două - un quark și un antiquark - se lipesc pentru a forma soiuri mai exotice, mai puțin stabile, numite mezoane. Parteneriatele rare cu patru quark sunt numite tetraquarks. Și cinci quarkuri legate într-un dans delicat? Desigur, acesta ar fi un pentacuarc. Iar pentaquark, până de curând, un simplu element de fizică, a fost acum detectat la LHC!
Deci care este marele lucru? Departe de a fi doar un cuvânt distractiv de spus de cinci ori mai rapid, pentaquark-ul poate debloca informații vitale noi despre forța nucleară puternică. Aceste revelații ar putea schimba în cele din urmă modul în care ne gândim la prietenul nostru extrem de dens, steaua neutronilor - și, într-adevăr, natura materiei familiare.
Fizicienii știu de șase tipuri de quark, care sunt ordonate în funcție de greutate. Cele mai ușoare dintre cele șase sunt quark-urile în sus și în jos, care alcătuiesc cei mai familiari baroni de zi cu zi (două urcări și coborâre în proton și două coborâșuri și un ascendent în neutron). Următoarele cele mai grele sunt farmecul și ciudele ciudate, urmate de cele de sus și de jos. Și de ce să te oprești acolo? În plus, fiecare dintre cele șase quark are un anti-particule sau antiquark corespunzător.
Un atribut important al ambelor quark și al omologilor lor anti-particule este ceva numit „culoare”. Desigur, quark-urile nu au culoare în același mod în care s-ar putea numi un măr „roșu” sau oceanul „albastru”; mai degrabă, această proprietate este un mod metaforic de a comunica una dintre legile esențiale ale fizicii subatomice - faptul că particulele care conțin quark (numite hadroni) poartă întotdeauna o încărcare neutră a culorii.
De exemplu, cele trei componente ale unui proton trebuie să includă un quark roșu, un quark verde și un quark albastru. Aceste trei „culori” se adaugă unei particule neutre în același mod în care se combină lumina roșie, verde și albastră pentru a crea o strălucire albă. Legile similare sunt în vigoare pentru quark și antiquark care alcătuiesc un meson: culorile respective trebuie să fie exact opuse. Un quark roșu se va combina doar cu un anti-roșu (sau cian) anti-marcaj și așa mai departe.
De asemenea, pentaquark trebuie să aibă o încărcare neutră a culorii. Imaginați-vă un proton și un meson (în mod specific, un tip numit meson J / psi) legate între ele - un quark roșu, albastru și verde într-un colț și o pereche de quark-antiquark neutru de culoare în celălalt - pentru un total de patru quark-uri și un antiquark, toate culorile care se anulează perfect reciproc.
Fizicienii nu sunt siguri dacă pentaquark este creat de acest tip de aranjament segregat sau dacă toate cele cinci quark-uri sunt legate direct împreună; în orice caz, ca toate hadronele, pentaquark-ul este ținut sub control de acel titan al dinamicii fundamentale, a forței nucleare puternice.
Forța nucleară puternică, așa cum îi spune și numele, este forța indisponibil de puternică care lipeste împreună componentele fiecărui nucleu atomic: protoni și neutroni și, mai crucial, propriile lor quark-uri constitutive. Forța puternică este atât de tenace, încât „quark-urile libere” nu au fost niciodată observate; toate sunt limitate prea mult în barionele părinților.
Dar există un loc în Univers în care pot exista quarkuri și în sine, într-un fel de stare meta-nucleară: într-un tip extraordinar de dens de stele cu neutroni. Într-o stea tipică de neutroni, presiunea gravitațională este atât de extraordinară încât protonii și electronii încetează să mai fie. Energiile și încărcăturile lor se topește, lăsând doar o masă de neutroni.
Fizicienii au conceput că, la densități extreme, în cele mai compacte dintre stele, neutronii adiacenți din interiorul miezului se pot dezintegra chiar într-o jumătate de părți constitutive.
Steaua de neutroni ... ar deveni o stea de quark.
Oamenii de știință cred că înțelegerea fizicii pentaquark-ului poate arunca lumină asupra modului în care forța nucleară puternică funcționează în condiții atât de extreme - nu numai în stele de neutroni atât de dens, dar poate chiar în primele fracțiuni de o secundă după Big Bang. Analizele ulterioare ar trebui, de asemenea, să-i ajute pe fizicieni să-și îmbunătățească înțelegerea modurilor pe care quark-urile le pot și nu le pot combina.
Datele care au dat naștere acestei descoperiri - un rezultat nemaipomenit de 9 sigme! - a ieșit din prima execuție a LHC (2010-2013). Cu supercolliderul care acționează acum la dublu din capacitatea sa de energie inițială, fizicienii nu ar trebui să aibă nicio problemă să dezvăluie și mai mult misterele pentaquark.
O amprentă a descoperirii pentaquark, care a fost trimisă revistei Physical Review Letters, poate fi găsită aici.
