Efter årtiers pejling i matematikken bag limet, der holder indersiden af al materie sammen, har fysikere fundet en mærkelig hypotetisk partikel, en som aldrig har vist sig i noget eksperiment. Ukaldelig kaldet et sexaquark består af et funky arrangement med seks kvarker med forskellige varianter.
Udover at være en cool-klingende karakter, kunne sexkvarken til sidst forklare mørke stofs evigt irriterende mysterium. Og fysikere har fundet, at hvis sexkvarken har en bestemt masse, kunne partiklen leve for evigt.
Naturens kvarker
Næsten alt hvad du kender og elsker er lavet af små partikler kendt som kvarker. Der er seks af dem med navnene af forskellige nørdige grunde af op, ned, top, bund, underlig og charme. Sorterne op og ned er den letteste af bunken, hvilket gør dem langt den mest almindelige. (I partikelfysik, jo tungere du er, desto mere sandsynligt er det at du forfalder til mindre stabler ting.)
Protonerne og neutronerne i din krop er alle sammensat af trioer med kvarker; to op og ned danner en proton, og to nedture og en op udgør et neutron. På grund af den komplicerede karakter af den stærke styrke nyder kvarkerne virkelig at hænge i grupper på tre, og det er også langt den mest stabile og mest almindelige konfiguration.
Lejlighedsvis skaber vi partikler i vores partikelcollider, der hver består af et par kvarker; disse konglomerationer er ustabile og nedbrydes hurtigt til noget andet. Nogle gange, når vi prøver virkelig hårdt, kan vi lime fem kvarker sammen og få dem til at lege pænt med hinanden - kort - før de også forfalder til noget andet.
Og indtil videre er det alle kombinationerne af kvarker, som vi har været i stand til at fremstille.
Der kan dog være noget fremmed.
Smeden af elementerne
Efter årtiers pejling rundt om de stærke atomkrafters matematiske hjørner fandt fysikere en mærkelig kombination, som endnu ikke er vist i vores eksperimenter: et arrangement på seks kvarker, der består af to ups, to downs og to flanger: sexaquark.
Teorier forudsiger ikke en masse for sexkvarken; denne værdi afhænger af den nøjagtige placering og interaktion mellem de individuelle kvarker inde i den partikel, så det er op til eksperimentelle fysikere at udnytte det. Og hvad angår sexaquarks stabilitet? Beregninger antyder, at hvis dens masse falder til under en bestemt tærskel, ville den være absolut stabil for evigt, hvilket betyder, at den aldrig ville falde. Og hvis massen er lidt større end det, men stadig under en bestemt tærskel, ville partiklen forfaldne, men over så lange tidsskalaer, at den lige så godt kan være stabil for evigt.
Så hvis det er stabilt, hvorfor har vi ikke nogensinde set det?
Mærkeligt nok falder rækkevidden af stabile masser for sexkvarken under tærsklen for hvad mange partikelcolliderforsøg kan skabe; disse værktøjer var designet til at studere meget sjældnere, meget tungere, meget mere flygtige partikler. Med andre ord kan sexkværnet gemme sig i synet, og har simpelthen fløjet under radaren i alle disse år.
Men partikelkolliderere er ikke det eneste sted at lave sexkvark. De tidligste øjeblikke af Big Bang var et frenetisk arnested for kerneenergier med temperaturer og tryk højt nok til at smede helium og brint ud af en rå suppe med kvarker. Og den smed måske har også oversvømmet vores kosmos med sexkvarker sammen med alle de mere kendte subatomære karakterer.
Indledende beregninger antyder, at hvis sexkvarket er en reel ting inden for det rigtige rækkevidde af masser, kunne det have været produceret i latterlig overflod i det tidlige univers. Og det kunne have overlevet den ungdommelige inferno. Faktisk kan der stadig findes sexaquarks, ikke rigtig interagerer med noget, ikke rigtigt nedbrydes til noget andet - bare eksisterende, hvilket skaber ekstra tyngdepunkt, uanset hvor de samles, på grund af deres masse.
En usynlig partikel, der oversvømmer universet, og som kun interagerer gennem tyngdekraften? Bingo. Det er mørk materie.
Et lys i mørket
For at sexkværket skal udgøre mørkt stof, skal det faktisk eksistere. Det er i øjeblikket genstand for debat, fordi objektet aldrig er blevet set i et partikelcollider-eksperiment. Men som vi så tidligere, kan sexkværkens relativt lette masse betyde, at den har været i stand til at glide forbi, blot fordi vi ikke har ledt efter det.
Men det begynder at ændre sig. BaBar-detektoren på SLAC National Accelerator Laboratory i Californien er virkelig god til at producere masser af kombinationer af kvarker, herunder nogle virkelig tunge, der forfalder til stabler og mere fornuftige arrangementer. BaBar bør også producere en kofangerafgrøde af sexkvark, hvis de findes.
Et papir, der blev offentliggjort 2. januar til arXiv-databasen, har rapporteret det seneste resultat: intet tegn på sexaquark. Men denne konstatering er bestemt til et tillidsniveau på kun 90%. Det betyder, at hvis de mere massive og mindre stabile kombinationer af kvarker forfalder til stabile sexaquarks, gør de det meget sjældent, med en hastighed på kun 1 forfald i hver 10 million.
Udelukker dette sexkvarken som en mørk sagkandidat? Ikke helt. Det kan være, at betingelserne i det tidlige univers muliggjorde, at der blev lavet tilstrækkelige sexkvarker til, at de kunne redegøre for den mængde mørk materie, som vi vurderer, er i universet. Men det nye resultat gør det udfordrende at bruge sexkvarken til at forklare mørk materie.
Godt forsøg, sexkvark, men ingen cigar - i det mindste endnu ikke.
Paul M. Sutter er en astrofysiker hosSUNY Stony Brook og Flatiron Institute, vært forSpørg en Spaceman ogSpace Radio, og forfatter afDit sted i universet.
