Возможно, вы слышали, что ЦЕРН объявил об открытии (подтверждение, на самом деле. См. Дополнение ниже) странной частицы, известной как Z (4430). Статья, обобщающая результаты, была опубликована в архиве по физике, который является хранилищем препринтовых (еще не рецензируемых) физических работ. Новая частица примерно в 4 раза массивнее протона, имеет отрицательный заряд и является теоретической частицей, известной как тетракварк. Результаты еще молоды, но если это открытие подтвердится, это может повлиять на наше понимание нейтронных звезд.
Строительные блоки материи состоят из лептонов (таких как электрон и нейтрино) и кварков (которые составляют протоны, нейтроны и другие частицы). Кварки очень отличаются от других частиц тем, что имеют электрический заряд, который составляет 1/3 или 2/3 от заряда электрона и протона. Они также обладают другим видом «заряда», известным как цвет. Подобно тому, как электрические заряды взаимодействуют через электромагнитную силу, цветные заряды взаимодействуют через сильную ядерную силу. Это цветной заряд кварков, который работает, чтобы удерживать ядра атомов вместе. Цветовой заряд намного сложнее, чем электрический заряд. С электрическим зарядом есть просто положительный (+) и его противоположность, отрицательный (-). С цветом есть три типа (красный, зеленый и синий) и их противоположности (анти-красный, анти-зеленый и анти-синий).
Из-за того, как действует сильная сила, мы никогда не сможем наблюдать свободный кварк. Сильная сила требует, чтобы кварки всегда группировались, образуя частицу, нейтральную по цвету. Например, протон состоит из трех кварков (два вверх и один вниз), где каждый кварк имеет свой цвет. При видимом освещении добавление красного, зеленого и синего света дает белый цвет, который является бесцветным. Таким же образом, комбинация красного, зеленого и синего кварка дает вам частицу с нейтральным цветом. Это сходство с цветовыми свойствами света, поэтому кварковый заряд назван в честь цветов.
Объединение кварка каждого цвета в группы из трех - один из способов создать нейтральную по цвету частицу, и они известны как барионы. Протоны и нейтроны являются наиболее распространенными барионами. Другой способ объединить кварки - это связать кварк определенного цвета с кварком его антицвета. Например, зеленый кварк и анти-зеленый кварк могут объединиться, чтобы сформировать цвет нейтральную частицу. Эти двухкварковые частицы известны как мезоны и были впервые обнаружены в 1947 году. Например, положительно заряженный пион состоит из восходящего кварка и античастичного нисходящего кварка.
Согласно правилам сильной силы, существуют другие способы, которыми кварки могли объединиться, чтобы сформировать нейтральную частицу. Один из них, тетракварк, объединяет четыре кварка, где две частицы имеют определенный цвет, а две другие имеют соответствующие антицветы. Были предложены другие, такие как пентакварк (3 цвета + цветная пара цветов) и гексакварк (3 цвета + 3 цвета). Но до сих пор все они были гипотетическими. Хотя такие частицы будут нейтральными по цвету, также возможно, что они не являются стабильными и просто распадутся на барионы и мезоны.
Были некоторые экспериментальные намеки на тетракварки, но этот последний результат является самым убедительным доказательством того, что 4 кварка образовали нейтральную по цвету частицу. Это означает, что кварки могут объединяться гораздо более сложными способами, чем мы изначально ожидали, и это имеет значение для внутренней структуры нейтронных звезд.
Очень просто, традиционная модель нейтронной звезды состоит в том, что она состоит из нейтронов. Нейтроны состоят из трех кварков (два вниз и один вверх), но обычно считается, что взаимодействия частиц внутри нейтронной звезды - это взаимодействия между нейтронами. При наличии тетракварков нейтроны в ядре могут взаимодействовать достаточно сильно, чтобы создать тетракварки. Это может даже привести к образованию пятиугольников и шестиугольников или даже к тому, что кварки могут взаимодействовать индивидуально, не будучи связанными с нейтральными по цвету частицами. Это создаст гипотетический объект, известный как кварковая звезда.
На данный момент все это гипотетически, но проверенные доказательства наличия тетракварков заставят астрофизиков пересмотреть некоторые допущения, которые у нас есть относительно внутренней части нейтронных звезд.
Приложение: Было отмечено, что результаты CERN - не оригинальное открытие, а скорее подтверждение более ранних результатов Сотрудничеством Belle. Результаты Belle можно найти в статье 2008 года в Physical Review Letters, а также в статье 2013 года в Physical Review D. Так что кредит, где кредит должен.
