После десятилетий ковыряния в математике за клеем, скрепляющим внутренности всей материи, физики нашли странную гипотетическую частицу, которая никогда не появлялась ни в одном эксперименте. Названный sexaquark, чудак состоит из забавной договоренности шести кварков различных ароматов.
Помимо того, что сексакварк был хладнокровным персонажем, он мог со временем объяснить вечную загадочную тайну темной материи. И физики обнаружили, что если у сексакварка есть определенная масса, частица могла бы жить вечно.
Причуды природы
Почти все, что вы знаете и любите, состоит из крошечных частиц, известных как кварки. Их шесть, по разным причинам всезнайка, с именами: вверх, вниз, сверху, снизу, странно и очаровательно. Сорта вверх и вниз - самые легкие из всех, что делает их наиболее распространенными. (В физике элементарных частиц, чем вы тяжелее, тем больше вероятность того, что вы распадетесь на более мелкие и стабильные предметы.)
Протоны и нейтроны внутри вашего тела состоят из трио кварков; два взлета и падения образуют протон, а два взлета и падения образуют нейтрон. Действительно, из-за сложной природы сильной силы кваркам действительно нравится проводить время группами по три, и это также является самой стабильной и наиболее распространенной конфигурацией.
Иногда в наших коллайдерах частиц мы создаем частицы, каждая из которых состоит из пары кварков; эти конгломераты нестабильны и быстро распадаются на что-то другое. Иногда, когда мы очень стараемся, мы можем склеить пять кварков и заставить их хорошо поиграть друг с другом - ненадолго - прежде чем они тоже распадутся на что-то другое.
И на сегодняшний день это все комбинации кварков, которые мы смогли изготовить.
Однако может быть что-то незнакомое.
Кузница стихий
После десятилетий изучения математических углов сильной ядерной силы физики нашли странную комбинацию, которая еще не появилась в наших экспериментах: расположение шести кварков, состоящих из двух подъемов, двух падений и двух странностей: секс-кварк.
Теории не предсказывают массу для sexaquark; это значение будет зависеть от точного расположения и взаимодействия отдельных кварков внутри этой частицы, поэтому физики-экспериментаторы должны выяснить это. А что касается стабильности Sexaquark? Расчеты показывают, что если его масса упадет ниже определенного порога, он будет абсолютно стабильным навсегда, то есть никогда не будет разлагаться. И если масса немного больше этой массы, но все еще ниже определенного порога, тогда частица распадется, но в течение столь длительного периода времени, что она также может быть стабильной навсегда.
Так что, если он стабилен, почему мы его никогда не видели?
Любопытно, что диапазон стабильных масс для сексакварка падает ниже порога, который могут создать многие эксперименты с коллайдерами частиц; Эти инструменты были предназначены для изучения гораздо более редких, более тяжелых и гораздо более быстрых частиц. Другими словами, секс-кварк может скрываться на виду, просто пролетев под радаром все эти годы.
Но коллайдеры частиц - не единственное место, где можно сделать секс-кварки. Самые ранние моменты Большого взрыва были неистовым очагом ядерной энергии, с температурами и давлением, достаточно высокими, чтобы выковать гелий и водород из сырого супа кварков. И эта кузница, возможно, также затопила наш космос сексуальными кварками вместе со всеми более знакомыми субатомными персонажами.
Предварительные расчеты показывают, что если секс-кварк является реальной вещью в нужном диапазоне масс, он мог произойти в нелепом изобилии в ранней вселенной. И это могло бы пережить этот юный ад. Фактически, сексуальные кварталы могут все еще существовать, не взаимодействуя ни с чем, не распадаясь на что-либо еще - просто существуя, создавая дополнительные гравитационные притяжения, где бы они ни собирались, из-за их массы.
Невидимая частица, которая наводняет вселенную и взаимодействует только через гравитацию? Бинго. Это темная материя.
Свет в темноте
Чтобы секс-кварк составлял темную материю, он должен существовать. Это в настоящее время является предметом обсуждения, потому что объект никогда не был обнаружен в эксперименте с коллайдером частиц. Но, как мы видели ранее, относительно легкая масса sexaquark может означать, что он мог проскользнуть незамеченным просто потому, что мы его не искали.
Но это начинает меняться. Детектор BaBar в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии действительно хорош в создании множества комбинаций кварков, в том числе действительно тяжелых, которые распадаются на более стабильные и более разумные схемы. BaBar также должен производить бешеные урожаи секс-кварталов, если они существуют.
В статье, опубликованной 2 января в базе данных arXiv, сообщается о последнем результате: никаких признаков секс-кварка. Но этот результат определен до уровня достоверности всего 90%. Это означает, что если более массивные и менее стабильные комбинации кварков распадаются на стабильные полукварки, они делают это очень редко со скоростью только 1 распада на каждые 10 миллионов.
Исключает ли это секс-кварк как кандидата от темной материи? Не совсем. Вполне возможно, что условия ранней вселенной позволили создать достаточное количество сексуальных кварталов, чтобы они могли объяснить количество темной материи, которое, по нашим оценкам, находится во вселенной. Но новый результат усложняет использование секс-кварк для объяснения темной материи.
Хорошая попытка, sexaquark, но без сигар - по крайней мере, пока.
Пол М. Саттер является астрофизиком вСУНИ Стони Брук и Институт Флэтайрон, ведущийСпроси космонавта иКосмическое Радиои авторВаше место во Вселенной.
