"Kolme kvarkkia muster Markille!", Kirjoitti James Joyce hänen labyrinttiinissä tarinansa,Finneganin herätys. Tähän mennessä olet ehkä kuullut tämän lainauksen - lyhyen, järjetöntä virkettä, joka lopulta antoi nimen “kvarkki” maailmankaikkeuden (tällä hetkellä vielä ylittämättömäksi) tärkeimmille rakennuspalikoille. Nykypäivän fyysikot uskovat ymmärtävänsä kvarkkien yhdistämisen perusteet; kolme yhdistyy muodostaen baryoneja (arjen hiukkasia, kuten protoni ja neutroni), kun taas kaksi - kvarkki ja antikyky - tarttuvat toisiinsa muodostaen eksoottisempia, vähemmän vakaita lajikkeita, joita kutsutaan mesoneiksi. Harvinaisia neljän kvarkin kumppanuuksia kutsutaan tetrakvoiksi. Ja viisi kvarkkia sidottu herkällä tanssilla? Luonnollisesti se olisi a pentakvarkki. Ja viisikymmentä, viime aikoihin asti vain fysiikan oppitunti, on nyt löydetty LHC: ssä!
Mikä on iso juttu? Kaikesta siitä, että se olisi vain hauskaa sanoa viisi kertaa nopeasti, viisikulmi voi avata uutta tärkeää tietoa voimakkaasta ydinvoimasta. Nämä paljastukset voisivat viime kädessä muuttaa tapaa, jolla ajattelemme uskomattoman tiheää ystäväämme, neutronitähtää - ja itse asiassa tutun aineen luonnetta.
Fyysikot tuntevat kuusi kvarkkityyppiä, jotka on järjestetty painon mukaan. Kuudesta kevyin on ylös ja alas kvarkeja, jotka muodostavat tunnetuimpia arjen baryoneja (kaksi ylä- ja alaosaa protonissa ja kaksi alamäkeä ja ylöspäin neutronissa). Seuraavaksi raskain ovat viehätys ja omituiset kvarkit, joita seuraavat ylä- ja alakori. Ja miksi lopettaa siihen? Lisäksi jokaisella kuudesta kvarkista on vastaava hiukkasten vastainen tai antikyky.
Tärkeä ominaisuus molemmille kvarkeille ja niiden hiukkasten vastaisille vastineille on jotain, jota kutsutaan “väriksi”. Kvarkeilla ei tietenkään ole väriä samalla tavalla kuin voit kutsua omenaa “punaiseksi” tai valtamerta “siniseksi”; pikemminkin tämä ominaisuus on metaforinen tapa viestiä yhdestä subatomisen fysiikan olennaisista laeista - että kvarkeja sisältävissä hiukkasissa (nimeltään hadroneissa) on aina neutraali värivaraus.
Esimerkiksi protonin kolmen komponentin on sisällettävä yksi punainen kvarkki, yksi vihreä kvarkki ja yksi sininen kvarkki. Nämä kolme "väriä" lisäävät neutraalin hiukkasen samalla tavalla kuin punainen, vihreä ja sininen valo yhdistyvät valkoisen hehkuvuuden luomiseksi. Samanlaisia lakeja on voimassa kvarkin ja antiquarkin kanssa, jotka muodostavat mesonin: niiden vastaavien värien on oltava täsmälleen vastakkaisia. Punainen kvarkki yhdistyy vain punaisen (tai syaanin) antiikkunan kanssa ja niin edelleen.
Myös viiden merkkiparkin värilatauksen on oltava neutraali. Kuvittele protoni ja mesoni (erityisesti tyyppi, jota kutsutaan J / psi-mesoniksi), jotka ovat sitoutuneet toisiinsa - punainen, sininen ja vihreä kvarkki yhdessä nurkassa ja väri-neutraali kvarkin ja antibakterin pari toisessa - yhteensä neljä kvarkkia ja yksi antiquark, joiden kaikki värit kumoavat siististi.
Fyysikot eivät ole varmoja siitä, onko viisikymmentä luotu tämän tyyppisellä erillisellä järjestelyllä vai onko kaikki viisi kvarkkia sidottu toisiinsa suoraan; Kummassakin tapauksessa, kuten kaikki hadronit, viiden merkkiparin pitää vallassaan perusdynamiikan titaani, voimakas ydinvoima.
Vahva ydinvoima, kuten nimensä viittaa, on sanoin sanoin kestävä voima, joka liimaa yhteen jokaisen atomin ytimen komponentit: protonit ja neutronit ja mikä tärkeämpää, niiden omat kvarkit. Vahva voima on niin luja, että ”vapaita kvarkoja” ei ole koskaan havaittu; he ovat kaikki aivan liian tiukasti vanhempiensa baryonien sisällä.
Mutta universumissa on yksi paikka, jossa kvarkkeja voi esiintyä itsessään ja eräänlaisena metaydintilassa: poikkeuksellisen tiheän tyyppisessä neutronitähdessä. Tyypillisessä neutronitähdessä gravitaatiopaine on niin valtava, että protonit ja elektronit lakkaavat olemasta. Heidän energiansa ja varauksensa sulavat yhteen, jättäen muuta kuin tiukka neutronien massa.
Fyysikot ovat huomanneet, että äärimmäisissä tiheyksissä, pienimmissä tähtiin, vierekkäiset ytimen sisällä olevat neutronit voivat jopa hajota itseensä osista.
Neutronitähestä ... tulee kvarkkitähti.
Tutkijat uskovat, että viisikulmaisen fysiikan ymmärtäminen saattaa valaista miten vahva ydinvoima toimii sellaisissa ääriolosuhteissa - ei vain sellaisissa liian tiheissä neutronitähteissä, mutta kenties jopa isoa iskua seuraavan sekunnin ensimmäisissä murto-osissa. Lisäanalyysien pitäisi myös auttaa fyysikkoja tarkentamaan ymmärrystään tavoista, joita kvarkit voivat ja eivät voi yhdistää.
Tiedot, jotka johtivat tähän löytöyn - mahtava 9-sigma tulos! - tuli ulos LHC: n ensimmäisestä ajoista (2010-2013). Kun superkannattaja toimii nyt kaksinkertaisena alkuperäiseen energiakapasiteettiinsa verrattuna, fyysikoilla ei pitäisi olla mitään ongelmia purkaa viiden merkin mysteerejä entisestään.
Esipuhe viiden merkin löytöstä, joka on lähetetty Physical Review Letters -lehtiin, löytyy täältä.
