«Три кварка для Мастера Марка!» - написал Джеймс Джойс в своей лабиринтной басне:Пробуждение Финнегана, К настоящему времени вы, возможно, уже слышали эту цитату - короткое бессмысленное предложение, которое в конечном итоге дало название «кварк» самым фундаментальным строительным блокам Вселенной (пока еще непревзойденным). Современные физики считают, что они понимают основы сочетания кварков; три соединяются, образуя барионы (обычные частицы, такие как протон и нейтрон), а два - кварк и антикварк - слипаются, образуя более экзотические, менее стабильные разновидности, называемые мезонами. Редкие четырехкварковые партнерства называются тетракварками. И пять кварков связаны в тонком танце? Естественно, это было бы пентакварк, И до недавнего времени на LHC был обнаружен пентакварк, до недавнего времени являвшийся простым плодом знаний физики!
Так в чем же дело? Пентакварк не просто забавное слово, которое можно сказать в пять раз быстрее, может открыть новую важную информацию о сильных ядерных силах. Эти откровения могут в конечном итоге изменить то, как мы думаем о нашем невероятно плотном друге, нейтронной звезде - и, действительно, о природе самой знакомой материи.
Физикам известно шесть типов кварков, которые упорядочены по весу. Самые легкие из шести - это кварки вверх и вниз, которые составляют наиболее знакомые повседневные барионы (два взлета и падения в протоне, и два взлета и вверх в нейтроне). Следующими тяжелыми являются очарование и странные кварки, за которыми следуют верхние и нижние кварки. И зачем останавливаться на достигнутом? Кроме того, каждый из шести кварков имеет соответствующую античастицу или антикварк.
Важным атрибутом кварков и их аналогов против частиц является то, что называется «цвет». Конечно, кварки не имеют цвета так же, как вы можете назвать яблоко «красным» или океан «синим»; скорее это свойство является метафорическим способом передачи одного из основных законов субатомной физики - частицы, содержащие кварки (так называемые адроны), всегда несут нейтральный заряд цвета.
Например, три компонента протона должны включать один красный кварк, один зеленый кварк и один синий кварк. Эти три «цвета» складываются в нейтральную частицу так же, как красный, зеленый и синий свет объединяются для создания белого свечения. Аналогичные законы действуют для кварка и антикварка, составляющих мезон: их соответствующие цвета должны быть совершенно противоположными. Красный кварк будет сочетаться только с анти-красным (или голубым) антикварком и так далее.
Пентакварк тоже должен иметь нейтральный цветовой заряд. Представьте себе протон и мезон (в частности, тип, называемый мезон J / psi), связанные вместе - красный, синий и зеленый кварки в одном углу, и нейтральную по цвету пару кварк-антикварк в другом - для В общей сложности четыре кварка и один антикварк, все цвета которых аккуратно компенсируют друг друга.
Физики не уверены, создан ли пентакварк этим типом отдельного устройства или все пять кварков связаны друг с другом напрямую; в любом случае, как и все адроны, пентакварк контролируется тем титаном фундаментальной динамики, сильной ядерной силой.
Сильная ядерная сила, как следует из ее названия, является невероятно мощной силой, которая склеивает компоненты каждого атомного ядра: протоны и нейтроны и, что более важно, их собственные составляющие кварки. Сильная сила настолько цепкая, что «свободные кварки» никогда не наблюдались; все они слишком тесно связаны со своими родительскими барионами.
Но во Вселенной есть одно место, где кварки могут существовать сами по себе, в неком метаядерном состоянии: в чрезвычайно плотном типе нейтронной звезды. В типичной нейтронной звезде гравитационное давление настолько велико, что протоны и электроны перестают существовать. Их энергии и заряды плавятся вместе, не оставляя ничего, кроме плотной массы нейтронов.
Физики предположили, что при экстремальных плотностях в самых компактных звездах соседние нейтроны внутри ядра могут даже сами распасться на кучу составных частей.
Нейтронная звезда ... станет кварковой звездой.
Ученые считают, что понимание физики пентакварка может пролить свет на то, как действует сильная ядерная сила в таких экстремальных условиях - не только в таких чрезмерно плотных нейтронных звездах, но, возможно, даже в первые доли секунды после Большого взрыва. Дальнейший анализ должен также помочь физикам улучшить понимание того, как кварки могут и не могут сочетаться.
Данные, которые привели к этому открытию - потрясающий результат 9-сигма! - вышел из первого запуска LHC (2010-2013). Поскольку суперколлайдер теперь работает с удвоенной первоначальной энергетической емкостью, у физиков не должно возникнуть никаких проблем, еще более разгадывающих загадки пентакварка.
Препринт открытия пентакварка, который был представлен в журнале Physical Review Letters, можно найти здесь.
