“Trīs kvarki Muster Markam!”, Rakstīja Džeimss Džoiss savā labirintiskajā fabulā,Finnegan's Wake. Iespējams, ka jūs jau esat dzirdējis šo citātu - īso, muļķīgo teikumu, kas galu galā deva vārdu “quark” Visuma (kā pagaidām nepārspējamam) pamatelementam. Mūsdienu fiziķi uzskata, ka viņi saprot pamatus tam, kā kvarki apvienojas; trīs savienojas, veidojot baronus (ikdienas daļiņas, piemēram, protonu un neitronu), bet divi - kvarks un antikvarks - salipst, veidojot eksotiskākas, mazāk stabilas šķirnes, ko sauc par mezoniem. Retu četru kvarku partnerības sauc par tetrakvarkiem. Un pieci kvarki, kas sasaistīti smalkā dejā? Protams, tas būtu a piecstūris. Pentakārijs, vēl nesen tikai fizikas mācības faktors, tagad ir atklāts LHC!
Kāds ir lielais darījums? Tā kā tas nav tikai jautrs vārds, ko teikt piecas reizes ātri, pieccīņa var atklāt jaunu būtisku informāciju par spēcīgajiem kodolieročiem. Šīs atklāsmes galu galā varētu mainīt to, kā mēs domājam par savu izcili blīvo draugu - neitronu zvaigzni - un patiesībā arī par pašas pazīstamās lietas būtību.
Fiziķi zina sešus kvarku veidus, kurus sakārto pēc svara. Vieglākie no sešiem ir augšup un lejā esošie kvarki, kas veido vispazīstamākos ikdienas baronus (divi augšup un lejup protonā, un divi kritumi un augšup neitronā). Nākamie smagākie ir šarmu un savādi kvarki, kam seko augšējie un apakšējie kvarki. Un kāpēc tur apstāties? Turklāt katram no sešiem kvarkiem ir atbilstoša pretdaļiņu vai antikvarka.
Svarīgs abu kvarku un to daļiņu pretstatījumu atribūts ir kaut kas, ko sauc par “krāsu”. Protams, kvarkiem nav tādas krāsas, kā jūs varētu saukt ābolu par “sarkanu” vai okeānu “zilu”; drīzāk šī īpašība ir metaforisks veids, kā komunicēt ar vienu no būtiskiem subatomiskās fizikas likumiem - ka kvarku saturošajām daļiņām (ko sauc par hadroniem) vienmēr ir neitrāla krāsu lādiņa.
Piemēram, trim protona komponentiem jāiekļauj viens sarkanais kvarks, viens zaļais un viens zilais. Šīs trīs “krāsas” veido neitrālu daļiņu tādā pašā veidā, kā sarkanā, zaļā un zilā gaisma apvieno, lai radītu baltu mirdzumu. Līdzīgi likumi ir spēkā attiecībā uz kvarku un antikvarku, kas veido mezonu: to attiecīgajām krāsām jābūt tieši pretējām. Sarkanais kvarks tiks apvienots tikai ar anti-sarkanu (vai ciānainu) antikvarku utt.
Arī pieccīņai jābūt neitrālai krāsas lādiņai. Iedomājieties protonu un mezonu (konkrēti, tipu, ko sauc par J / psi mezonu), kas ir savienoti kopā - sarkanu, zilu un zaļu kvarku vienā stūrī un krāsu neitrālu kvarka un antīkās pāra pāri otrā - kopā četri kvarki un viens antikvarijs, kuru visas krāsas glīti izsvītro viena otru.
Fiziķi nav pārliecināti, vai piecstūris ir izveidots ar šāda veida nodalītu izkārtojumu vai arī visi pieci kvarki ir savstarpēji tieši saistīti; Katrā ziņā, tāpat kā visus hadronus, piecstūris tiek kontrolēts ar fundamentālās dinamikas titānu - spēcīgu kodolspēku.
Spēcīgais kodolspēks, kā to norāda nosaukums, ir neizsakāmi izturīgs spēks, kas salīmē katra atoma kodola komponentus: protonus un neitronus un, kas ir vēl svarīgāk, viņu pašu veidotos kvarkus. Spēcīgais spēks ir tik izturīgs, ka nekad nav novēroti “brīvie kvarki”; viņi visi ir pārāk stingri norobežoti ar vecāku baroniem.
Bet Visumā ir viena vieta, kur kvarki var pastāvēt paši par sevi un sava veida metakodola stāvoklī: ārkārtīgi blīvā neitronu zvaigzne. Tipiskā neitronu zvaigznī gravitācijas spiediens ir tik milzīgs, ka protoni un elektroni pārstāj būt. Viņu enerģija un lādiņi kūst kopā, neatstājot neko citu kā tikai neitronu masu.
Fiziķi ir izdomājuši, ka ārkārtīgā blīvumā, viskompaktākajās zvaigznēs, blakus esošie neitroni kodolā pat var sadalīties sastāvdaļu kaudzē.
Neitronu zvaigzne… kļūtu par biezpiena zvaigzni.
Zinātnieki uzskata, ka izpratne par pieccīņas fiziku var parādīt, kā spēcīgais kodolspēks darbojas šādos ekstrēmos apstākļos - ne tikai tik blīvi neitronu zvaigznēs, bet varbūt pat pirmās sekundes daļās pēc Lielā sprādziena. Tālākai analīzei vajadzētu arī palīdzēt fiziķiem uzlabot savu izpratni par veidiem, kā kvarki var un ko nevar apvienot.
Dati, kas izraisīja šo atklājumu - pēriens 9-sigma rezultāts! - iznāca no LHC pirmā brauciena (2010. – 2013. Gads). Tā kā supercollider tagad darbojas ar divkāršu sākotnējo enerģijas jaudu, fiziķiem nevajadzētu būt problēmai vēl vairāk atklāt pentakvarka noslēpumus.
Pentakaru atklājuma pirmsdruku, kas iesniegts žurnālam Physical Review Letters, var atrast šeit.
