Jūs, iespējams, esat dzirdējis, ka CERN paziņoja par dīvainas daļiņas, kas pazīstama ar nosaukumu Z (4430), atklāšanu (apstiprinājumu faktiski. Skatīt papildinājumu zemāk.). Rezultātu apkopojums ir publicēts fizikas arxiv, kas ir pirmsdrukas (vēl nav recenzēts) fizikas darbu krātuve. Jaunā daļiņa ir apmēram 4 reizes masīvāka par protonu, tai ir negatīvs lādiņš un tā šķiet teorētiska daļiņa, kas pazīstama kā tetrakvarka. Rezultāti joprojām ir jauni, taču, ja šis atklājums aizkavēsies, tas varētu ietekmēt mūsu izpratni par neitronu zvaigznēm.
Vielas celtniecības bloki ir izgatavoti no leptoniem (piemēram, elektroniem un neitrīniem) un kvarkiem (kas veido protonus, neitronus un citas daļiņas). Kvarki ļoti atšķiras no citām daļiņām ar to, ka tiem ir elektriskā lādiņa, kas ir 1/3 vai 2/3 no elektrona un protona. Viņiem ir arī cita veida “lādiņš”, kas pazīstams kā krāsa. Tieši tāpat kā elektriskie lādiņi mijiedarbojas caur elektromagnētisko spēku, arī krāsu lādiņi mijiedarbojas ar spēcīgu kodolenerģijas spēku. Tas ir kvarku krāsas lādiņš, kas darbojas, lai noturētu atomu kodolus kopā. Krāsu uzlāde ir daudz sarežģītāka nekā elektriskā uzlāde. Ar elektrisko lādiņu ir vienkārši pozitīvs (+) un tam pretējs, negatīvs (-). Izmantojot krāsu, ir trīs veidi (sarkans, zaļš un zils) un to pretstati (anti-sarkans, anti-zaļš un anti-zils).
Tā kā darbojas spēcīgais spēks, mēs nekad nevaram novērot brīvu kvarku. Spēcīgais spēks prasa, lai kvarki vienmēr sagrupētos, lai veidotu daļiņu, kas ir neitrāla krāsā. Piemēram, protonu veido trīs kvarki (divi uz augšu un viens uz leju), kur katrs kvarks ir atšķirīgā krāsā. Izmantojot redzamu gaismu, pievienojot sarkanu, zaļu un zilu gaismu, iegūst baltu, bezkrāsainu gaismu. Tādā pašā veidā, apvienojot sarkano, zaļo un zilo kvarku, jūs iegūstat daļiņu, kas ir krāsas neitrāla. Šī līdzība ar gaismas krāsu īpašībām ir iemesls, kāpēc biezpiena lādiņš tiek nosaukts pēc krāsām.
Apvienojot katras krāsas kvarku trīs grupās, ir viens veids, kā radīt krāsu neitrālas daļiņas, un tās sauc par baroniem. Protoni un neitroni ir visizplatītākie baroni. Vēl viens veids, kā kombinēt kvarkus, ir savienot noteiktas krāsas kvarku ar tā pretkrāsas kvarku. Piemēram, zaļā kvarca un anti-zaļā kvarka varētu apvienoties, veidojot krāsu neitrālu daļiņu. Šīs divu kvarku daļiņas sauc par mezoniem, un tās pirmo reizi tika atklātas 1947. gadā. Piemēram, pozitīvi lādētais pions sastāv no augšējā kvarka un pret daļiņām uz leju esošā kvarka.
Saskaņā ar spēcīgā spēka noteikumiem ir arī citi veidi, kā kvarki var apvienoties, veidojot neitrālu daļiņu. Viens no tiem, tetrakvarks, apvieno četrus kvarkus, kur divām daļiņām ir noteikta krāsa, bet pārējām divām ir atbilstošās pretkrāsas. Ir ierosināti citi, piemēram, piecstūris (3 krāsas + krāsu pretkrāsu pāris) un heksaquark (3 krāsas + 3 pretkrāsas). Bet līdz šim tas viss ir bijis hipotētisks. Kaut arī šādas daļiņas būtu krāsas neitrālas, ir arī iespējams, ka tās nav stabilas un vienkārši sadalās barionos un mezonos.
Ir bijuši daži eksperimentāli ieteikumi par tetrakvarkiem, taču šis jaunākais rezultāts ir visspēcīgākais pierādījums tam, ka 4 kvarki veido krāsu neitrālu daļiņu. Tas nozīmē, ka kvarki var apvienoties daudz sarežģītākā veidā, nekā mēs sākotnēji gaidījām, un tas ietekmē neitronu zvaigžņu iekšējo struktūru.
Ļoti vienkārši tradicionālais neitronu zvaigznes modelis ir tāds, ka tā ir veidota no neitroniem. Neitronus veido trīs kvarki (divi uz leju un viens uz augšu), bet parasti tiek uzskatīts, ka daļiņu mijiedarbība neitronu zvaigznī ir mijiedarbība starp neitroniem. Tā kā pastāv tetrakvarki, neitroniem kodolā ir iespējams pietiekami spēcīgi mijiedarboties, lai izveidotu tetrakvarkus. Tas pat varētu izraisīt pentakarku un heksaquarks ražošanu vai pat to, ka kvarki varētu mijiedarboties atsevišķi, neiesaistoties krāsu neitrālās daļiņās. Tas radītu hipotētisku objektu, kas pazīstams kā kvarka zvaigzne.
Šobrīd tas viss ir hipotētiski, bet pārbaudīti tetrakvarku pierādījumi liks astrofizikiem pārskatīt dažus pieņēmumus, kas mums ir par neitronu zvaigžņu interjeru.
Papildinājums: Tika norādīts, ka CERN rezultāti nav oriģināls atklājums, bet drīzāk Belle Collaboration iepriekšējo rezultātu apstiprinājums. Belle rezultāti ir atrodami 2008. gada rakstā Physical Review Letters, kā arī 2013. gada rakstā Physical Review D. Tātad kredīts, kur pienākas kredīts.
