„Trys varpai už Marko Marką!“, - rašė Jamesas Joyce'as savo labirinto fabuloje,„Finnegan's Wake“. Iki šiol jūs jau girdėjote šią citatą - trumpą, nesąmoningą sakinį, kuris galiausiai suteikė pavadinimą „kvarkas“ visatos (kol kas dar nepralenkiamas) pamatiniams elementams. Šiandienos fizikai mano, kad supranta kvarkų sujungimo pagrindus; trys susijungia ir sudaro baryonus (kasdienes daleles, tokias kaip protonas ir neutronas), o du - kvarkas ir antikvaras - laikosi kartu, kad sudarytų egzotiškesnes, mažiau stabilias atmainas, vadinamas mezonais. Retos keturių kvarkų partnerystės vadinamos tetrakvarkais. Ir penki kvarkai, surišti subtiliu šokiu? Natūralu, kad tai būtų a penkiakampis. O penkiakampis, dar visai neseniai buvęs tik fizikos kraštotyros bruožas, dabar buvo aptiktas LHC!
Taigi, kas yra didžioji problema? Tai toli gražu nėra vien linksmas žodis, kurį reikia pasakyti penkis kartus greitai, penkiakampis gali atrakinti gyvybiškai svarbios naujos informacijos apie stiprią branduolinę jėgą. Šie apreiškimai galiausiai galėtų pakeisti mąstymą apie mūsų nuostabiai tankų draugą - neutroninę žvaigždę - ir, tiesą sakant, pačios pažįstamos materijos prigimtį.
Fizikai žino šešis kvarkų tipus, kurie yra suskirstyti pagal svorį. Lengviausi iš šešių kvarkų yra aukštyn ir žemyn, kurie sudaro labiausiai pažįstamus kasdienius baryonus (du aukštyn ir žemyn protone, ir du žemyn ir aukštyn neutronuose). Kiti sunkiausi yra žavesys ir keistai kvarkai, po kurių eina viršutiniai ir apatiniai kvarkai. Ir kodėl čia sustoti? Be to, kiekvienas iš šešių kvarkų turi atitinkamą dalelę arba antikvarį.
Svarbus abiejų kvarkų ir jų antikūnų nuo dalelių atributas yra tai, kas vadinama „spalva“. Žinoma, kvarkai neturi spalvos taip, kaip jūs galite vadinti obuolį „raudonu“ arba vandenyną „mėlynu“; veikiau ši savybė yra metaforinis būdas susisiekti su vienu iš esminių subatominės fizikos dėsnių - kad kvarko turinčios dalelės (vadinamos hadronais) visada turi neutralų spalvų užtaisą.
Pavyzdžiui, trys protono komponentai turi apimti vieną raudoną kvarką, vieną žalią kvarką ir vieną mėlyną kvarką. Šios trys „spalvos“ sukuria neutralią dalelę tokiu pačiu būdu, kaip raudona, žalia ir mėlyna šviesa sukuria baltą spindesį. Panašūs įstatymai galioja kvarkui ir antikvarui, kurie sudaro mezoną: jų spalvos turi būti visiškai priešingos. Raudonas kvarkas derės tik su anti-raudonu (arba žalsvai mėlynu) antikūnu ir pan.
Penkiakampis taip pat turi turėti neutralų spalvų užtaisą. Įsivaizduokite protoną ir mezoną (konkrečiai tipą, vadinamą J / psi mezonu), sujungtą kartu - raudoną, mėlyną ir žalią kvarką viename kampe, o spalvai neutralią kvarko ir antikvario porą kitame - iš viso keturi kvarkai ir vienas antikvaras, kurių visos spalvos tvarkingai panaikina vienas kitą.
Fizikai nėra tikri, ar penkiakampį sukuria tokio tipo atskirtos struktūros, ar visi penki kvarkai yra sujungti tiesiogiai; Bet kokiu atveju, kaip ir visus hadronus, penkiakampį kontroliuoja tas pagrindinės dinamikos, stiprios branduolinės jėgos, titanas.
Stipri branduolinė jėga, kaip rodo jos pavadinimas, yra neapsakomai tvirta jėga, suklijuojanti kiekvieno atomo branduolio komponentus: protonus ir neutronus ir, kas svarbiausia, jų pačių sudedamus kvarkus. Stiprioji jėga yra tokia atkakli, kad niekada nebuvo pastebėta „laisvų kvarkų“; visi jie per daug glaudžiai apsiriboja savo tėvų baronais.
Tačiau Visatoje yra viena vieta, kur kvarkai gali egzistuoti patys savaime metabranduolinėje būsenoje: nepaprastai tankaus tipo neutroninėse žvaigždėse. Tipinėje neutroninėje žvaigždėje gravitacinis slėgis yra toks milžiniškas, kad nustoja būti protonai ir elektronai. Jų energija ir krūviai tirpsta kartu, nelikdami nieko kito, kaip vientisą neutronų masę.
Fizikai spėja, kad esant ypač dideliam tankumui, kompaktiškiausiose žvaigždėse, gretimi neutronai šerdyje gali net suskaidyti į sudedamąsias dalis.
Neutroninė žvaigždė ... taptų varškės žvaigžde.
Mokslininkai mano, kad pentakvarko fizikos supratimas gali parodyti, kokią stiprią branduolinę jėgą veikia tokiomis ekstremaliomis sąlygomis - ne tik tokiose pernelyg tankiose neutroninėse žvaigždėse, bet galbūt net ir pirmosiose sekundės dalyse, einančiose po Didžiojo sprogimo. Tolesnė analizė taip pat turėtų padėti fizikams patikslinti savo supratimą apie būdus, kuriuos kvarkai gali ir negali sujungti.
Duomenys, kurie paskatino šį atradimą - milžiniškas 9 sigmų rezultatas! - išėjo iš pirmojo LHC bėgimo (2010–2013 m.). Dabar, kai supercollideris veikia dvigubai daugiau nei jo pradinė energinė galia, fizikams neturėtų kilti problemų dar labiau išsiaiškinti penkiakampio paslapčių.
Penkiakampio atradimo priešraštį, pateiktą žurnale „Physical Review Letters“, galite rasti čia.
