Olet ehkä kuullut, että CERN ilmoitti löytävänsä oudon hiukkasen, joka tunnetaan nimellä Z (4430) (vahvistus, tosiasiallisesti. Katso lisäys alla.). Tulosten yhteenveto on julkaistu fysiikan arxivissa, joka on esipainetun (ei vielä vertaisarvioidun) fysiikan papereiden arkisto. Uusi hiukkanen on noin 4 kertaa massiivisempi kuin protoni, sillä on negatiivinen varaus ja näyttää olevan teoreettinen hiukkanen, joka tunnetaan nimellä tetrakvaari. Tulokset ovat vielä nuoria, mutta jos tämä löytö jatkuu, sillä voi olla vaikutuksia ymmärrykseemme neutronitähteistä.
Aineen rakennuspalikat on tehty leptoneista (kuten elektronista ja neutriinoista) ja kvarkeista (jotka muodostavat protoneja, neutroneja ja muita hiukkasia). Kvarkit ovat hyvin erilaisia muista hiukkasista siinä, että niiden sähkövaraus on 1/3 tai 2/3 elektronin ja protonin varauksesta. Heillä on myös erilainen "varaus", joka tunnetaan nimellä väri. Aivan kuten sähkövaraukset ovat vuorovaikutuksessa sähkömagneettisen voiman kanssa, myös värimaksujen vuorovaikutus tapahtuu voimakkaan ydinvoiman kautta. Se on kvarkkien värivaraus, joka pitää atomien ytimet yhdessä. Värivaraus on paljon monimutkaisempi kuin sähkövaraus. Sähkövarauksella on yksinkertaisesti positiivinen (+) ja sen vastakkainen, negatiivinen (-). Värillä on kolme tyyppiä (punainen, vihreä ja sininen) ja niiden vastakohtia (anti-punainen, anti-vihreä ja anti-sininen).
Vahvan voiman toimintatavan takia emme voi koskaan havaita vapaata kvarkkia. Vahva voima vaatii, että kvarkit ryhmittyvät aina toisiinsa hiukkasen muodostamiseksi, joka on värineutraali. Esimerkiksi protoni koostuu kolmesta kvarkista (kaksi ylös ja yksi alas), joissa kukin kvarki on eri väriä. Näkyvän valon avulla punaisen, vihreän ja sinisen valon lisääminen antaa sinulle valkoisen valon, joka on väritöntä. Punaisen, vihreän ja sinisen kvarkin yhdistäminen antaa samalla hiukkasen, joka on värineutraali. Tämä samankaltaisuus valon väriominaisuuksien kanssa aiheuttaa sen, että kvarkkimaksu on nimetty värien mukaan.
Kunkin värin kvarkin yhdistäminen kolmeen ryhmään on yksi tapa luoda värineutraali hiukkanen, ja nämä tunnetaan baryoneina. Protonit ja neutronit ovat yleisimmät baryonit. Toinen tapa kvarkkeja yhdistää on yhdistää tietyllä värillä varustettu kvarkki sen vastavärin kvarkin kanssa. Esimerkiksi vihreä kvarkki ja anti-vihreä kvarkki voisivat yhdistyä muodostaen väriineutraalin hiukkasen. Nämä kahden kvarkin hiukkaset tunnetaan mesoneina, ja ne löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1947. Esimerkiksi positiivisesti varautunut pioni koostuu ylös kvarkista ja hiukkasten vastaisesta kvarkeista.
Vahvan voiman sääntöjen mukaan kvarkeja voidaan yhdistää neutraalien hiukkasten muodostamiseksi. Yksi näistä, tetrakvaari, yhdistää neljä kvarkkia, joissa kahdella hiukkasella on tietty väri ja kahdella muulla on vastaavat antivärit. Muita, kuten viisikymmentä (3 väriä + värillinen anti-väripari) ja heksamerkin (3 väriä + 3 anti-väriä), on ehdotettu. Mutta toistaiseksi kaikki nämä ovat olleet hypoteettisia. Vaikka tällaiset hiukkaset olisivat värineutraaleja, on myös mahdollista, että ne eivät ole vakaita ja hajotavat vain baryoneiksi ja mesoneiksi.
Tetrakvarkeista on ollut joitain kokeellisia vinkkejä, mutta tämä viimeisin tulos on vahvin todiste neljästä kvarkista, jotka muodostavat värineutraalin hiukkasen. Tämä tarkoittaa, että kvarkit voivat yhdistyä paljon monimutkaisemmilla tavoilla kuin alun perin odotimme, ja tällä on vaikutuksia neutronitähtien sisäiseen rakenteeseen.
Hyvin yksinkertaisesti, neutronitähteen perinteinen malli on, että se on tehty neutroneista. Neutronit koostuvat kolmesta kvarkista (kaksi alaspäin ja yksi ylöspäin), mutta yleensä ajatellaan, että hiukkasvuorovaikutukset neutronitähden sisällä ovat vuorovaikutuksia neutronien välillä. Tetrakvaarien ollessa läsnä, ytimen sisällä olevien neutronien on mahdollista toimia vuorovaikutuksessa riittävän voimakkaasti tetrakvojen muodostamiseksi. Tämä voisi johtaa jopa viiden ja viiden kvarkin tuotantoon tai jopa sen, että kvarkit voisivat olla vuorovaikutuksessa erikseen sitoutumatta väri-neutraaleihin hiukkasiin. Tämä tuottaisi hypoteettisen esineen, joka tunnetaan kvarkkitähtänä.
Tämä on tässä vaiheessa hypoteettista, mutta varmennetut todisteet tetrakvoksista pakottavat astrofysiikan tutkijat tutkimaan uudelleen joitain oletuksia neutronitähteiden sisäpinnoista.
Lisäys: On huomautettu, että CERN: n tulokset eivät ole alkuperäisiä löytöjä, vaan pikemminkin vahvistus aiemmista tuloksista, jotka Belle-yhteistyö on tehnyt. Belle-tulokset löytyvät vuoden 2008 julkaisusta Physical Review Letters sekä vuoden 2013 asiakirjasta Physical Review D. Joten luottotiedot ovat tarpeen.
