"Три кварки для Мастера Марка!", - написав Джеймс Джойс у своїй байці про лабіринти,Прокидання Фіннегана. На сьогодні ви, можливо, чули цю цитату - коротке, безглузде речення, яке зрештою дало назву «кварк» найбільш фундаментальним будівельним блокам Всесвіту. Сьогоднішні фізики вважають, що вони розуміють основи поєднання кварків; три об'єднуються, утворюючи баріони (буденні частинки, такі як протон і нейтрон), а два - кварк і антикварк - злипаються, утворюючи більш екзотичні, менш стійкі сорти, які називаються мезонами. Рідкісні товариства з чотирьох кварків називаються тетракварками. А п’ять кварків пов'язані в делікатному танці? Природно, що це було б пентакварк. І пентакварк, донедавна просто фігура знань фізики, тепер була виявлена в ЛГК!
То в чому ж велика справа? Пентакварк, далеко не просто приємне слово сказати п'ять разів швидше, може розблокувати важливу нову інформацію про сильну ядерну силу. Ці одкровення можуть зрештою змінити те, як ми думаємо про наш надзвичайно щільний друг, нейтронну зірку - і, справді, природу самої знайомої матерії.
Фізики знають шість видів кварків, які впорядковані за вагою. Найлегший з шести - це кварки вгору і вниз, які складають найвідоміші повсякденні баріони (два підйоми і пониження в протоні, два падіння і підйом в нейтроні). Наступні найважливіші - чарівність і дивні кварки, за якими слідують верхній і нижній кварки. І навіщо зупинятися на цьому? Крім того, кожен із шести кварків має відповідну античастинку чи антикварку.
Важливим атрибутом як кварків, так і їх аналогів проти частинок є щось, що називається «кольором». Звичайно, кварки не мають кольору так само, як ви могли б назвати яблуко "червоним" або океан "синім"; скоріше ця властивість є метафоричним способом передачі одного із суттєвих законів субатомної фізики - те, що частинки, що містять кварки, завжди називають нейтральним кольоровим зарядом.
Наприклад, три компоненти протона повинні включати один червоний кварк, один зелений кварк і один синій кварк. Ці три "кольори" додають до нейтральної частинки так само, як червоне, зелене та синє світло поєднуються для створення білого світіння. Подібні закони діють для кварків та антиквар, які складають мезон: їхні кольори повинні бути прямо протилежними. Червоний кварк поєднується лише з антикварним (або блакитним) антикварком тощо.
Пентакварк теж повинен мати нейтральний колірний заряд. Уявіть, що протон і мезон (конкретно, тип, який називається мезоном J / psi), пов'язані між собою - червоний, синій та зелений кварк в одному куті, а кольорово-нейтральна пара кварків-антикварків в другому - для загальна кількість чотирьох кварків і одна антикварка, всі кольори якої акуратно скасовують один одного.
Фізики не впевнені, чи створений пентакварк за цим типом відокремленої структури чи всі п’ять кварків пов'язані між собою безпосередньо; так чи інакше, як і всі адрони, пентакварк перевіряється титаном основної динаміки, сильною ядерною силою.
Сильна ядерна сила, як випливає з її назви, - це невимовно міцна сила, яка склеює компоненти кожного атомного ядра: протони та нейтрони і, що більш важливо, їх власні складові кварки. Сильна сила настільки наполеглива, що "вільних кварків" ніколи не спостерігали; всі вони занадто щільно обмежені в своїх батьківських баріонах.
Але у Всесвіті є одне місце, де кварки можуть існувати самі по собі, у своєрідному метаядерному стані: у надзвичайно щільному типі нейтронної зірки. У типовій нейтронній зірці гравітаційний тиск настільки величезний, що протони та електрони перестають бути. Їх енергія і заряди плавляться разом, не залишаючи нічого, окрім масивної маси нейтронів.
Фізики припустили, що при надзвичайній щільності в найбільш компактних зірках сусідні нейтрони всередині ядра можуть навіть самі розпадатися на змішання складових частин.
Зірка нейтронів… стала б зіркою кварків.
Вчені вважають, що розуміння фізики пентакварку може пролити світло на те, як сильна ядерна сила діє в таких екстремальних умовах - не тільки в таких надмірно щільних нейтронних зірках, але, можливо, навіть у перших частках секунди, що слідує за Великим вибухом. Подальший аналіз також повинен допомогти фізикам уточнити своє розуміння способів, які кварки можуть і не можуть поєднувати.
Дані, що спричинили це відкриття - колосальний результат 9-сигми! - вийшов з першого запуску LHC (2010-2013). Оскільки суперколлайдер зараз працює вдвічі від своєї первісної енергетичної потужності, у фізиків не повинно виникнути жодних проблем розгадати загадки пентакварка.
Передрук відкриття пентакварки, який був представлений в журналі Physical Review Letters, можна знайти тут.
