“Joyce, Muster Mark için üç kuark!” Diye yazdı James Joyce labirent masalı,Finnegan’ın Uyanışı. Şimdiye kadar, bu alıntıyı duymuş olabilirsiniz - nihayetinde Evrenin (henüz eşsiz) temel yapı taşlarına “kuark” adını veren kısa, saçma cümle. Bugünün fizikçileri kuarkların nasıl birleştiğinin temellerini anladıklarına inanıyorlar; üçü baryonlar (proton ve nötron gibi günlük parçacıklar) oluşturmak için birleşirken, iki - bir kuark ve bir antiko - mezonlar olarak adlandırılan daha egzotik, daha az kararlı çeşitler oluşturmak için birbirine yapışır. Nadir dört kuarklı ortaklıklara tetrakarklar denir. Ve hassas bir dansta beş kuark mı bağlı? Doğal olarak, bu bir pentaquark. Ve pentaquark, yakın zamana kadar LHC'de sadece bir fizik irfanı figürü tespit edildi!
Peki önemli olan ne? Beş kat daha hızlı söylemek eğlenceli bir kelime olmaktan uzak, pentakarkı güçlü nükleer kuvvet hakkında önemli yeni bilgilerin kilidini açabilir. Bu vahiyler sonuçta son derece yoğun dostumuz, nötron yıldızı ve aslında tanıdık maddenin doğası hakkında düşünme şeklimizi değiştirebilir.
Fizikçiler ağırlıkça sıralı altı kuark çeşidini bilirler. Altıdan en hafif olanı, en tanıdık günlük baryonları (protonda iki yukarı ve aşağı ve nötronda iki aşağı ve yukarı) oluşturan yukarı ve aşağı kuarklardır. Bir sonraki en ağır çekicilik ve garip kuarklar, ardından üst ve alt kuarklar. Ve neden orada duruyorsun? Ek olarak, altı kuarkın her birinde karşılık gelen bir anti-partikül veya anti-kuark bulunur.
Hem kuarkların hem de parçacık karşıtı muadillerinin önemli bir özelliği “renk” olarak adlandırılan bir şeydir. Tabii ki, kuarklar elmaya “kırmızı” ya da okyanusa “mavi” diyebileceğiniz şekilde renge sahip değildir; daha ziyade, bu özellik atom altı fiziğin temel yasalarından birini iletmenin mecazi bir yoludur - kuark içeren parçacıkların (hadronlar olarak adlandırılır) her zaman nötr bir renk yükü taşıdığı.
Örneğin, bir protonun üç bileşeni bir kırmızı kuark, bir yeşil kuark ve bir mavi kuark içermelidir. Bu üç “renk”, kırmızı, yeşil ve mavi ışığın beyaz bir parıltı oluşturmak için birleştiği şekilde nötr bir parçacığa katkıda bulunur. Bir mezon oluşturan kuark ve antikoark için benzer yasalar mevcuttur: ilgili renkleri tam tersi olmalıdır. Kırmızı bir kuark sadece bir kırmızı karşıtı (veya camgöbeği) antiquark ile birleşecektir.
Pentaku markanın da nötr renk yükü olmalıdır. Bir proton ve bir mezon (özellikle, J / psi meson adı verilen bir tür) bir köşede kırmızı, mavi ve yeşil bir kuark ve diğerinde renk nötr kuark-antikoark çifti - bir toplam dört kuark ve bir antiquark, bunların hepsi birbirini düzgün bir şekilde iptal eder.
Fizikçiler, pentaku markanın bu tür bir ayrılmış düzenleme tarafından yaratılıp yaratılmadığından veya beş kuarkın doğrudan birbirine bağlı olup olmadığından emin değiller; her iki şekilde de, tüm hadronlar gibi, pentaku, temel dinamiklerin, güçlü nükleer kuvvetin devi tarafından kontrol altında tutulur.
Güçlü nükleer kuvvet, adından da anlaşılacağı gibi, her atom çekirdeğinin bileşenlerini bir araya getiren, protonlar ve nötronları ve daha da önemlisi kendi kurucu kuarklarını açıklayamayan sağlam kuvvettir. Güçlü kuvvet o kadar inatçı ki “serbest kuarklar” hiç gözlemlenmedi; hepsi ebeveynlerinin baryonları içinde çok sıkı bir şekilde sınırlandırılmıştır.
Ancak Evren'de kuarkların kendi içinde, bir tür meta-nükleer durumda var olabileceği bir yer vardır: olağanüstü yoğun bir tür nötron yıldızı. Tipik bir nötron yıldızında, yerçekimi basıncı o kadar büyüktür ki, protonlar ve elektronlar durmaz. Enerjileri ve yükleri birlikte eriyerek nötronların rahat bir kütlesinden başka bir şey bırakmaz.
Fizikçiler, aşırı yoğunluklarda, en kompakt yıldızlarda, çekirdek içindeki bitişik nötronların kendilerinin bile kurucu parçaların karmakarışık hale gelebileceğini tahmin ettiler.
Nötron yıldızı… kuark yıldızı olur.
Bilim adamları, pentaku fiziğin anlaşılmasının, güçlü nükleer gücün bu tür aşırı koşullar altında işleyiş şekline ışık tutabileceğine inanıyorlar - sadece bu kadar aşırı yoğun nötron yıldızlarında değil, belki de Büyük Patlama'yı izleyen bir saniyenin ilk kesimlerinde bile. Daha ileri analizler fizikçilerin kuarkların birleştirebileceği ve birleştiremeyeceği yolları anlamalarını geliştirmelerine yardımcı olmalıdır.
Bu keşfe yol açan veriler - 9-sigma okkalı bir sonuç! - LHC'nin ilk koşusundan çıktı (2010-2013). Süper-toplayıcının şimdi orijinal enerji kapasitesinin iki katına çıkmasıyla, fizikçiler pentakarkın gizemlerini daha da çözmekte sorun yaşamamalılar.
Fiziksel İnceleme Mektupları dergisine gönderilen pentaku keşfin bir ön baskısını burada bulabilirsiniz.
