”Tre kvarker for Muster Mark !,” skrev James Joyce i sin labyrintiske fabel,Finnegan's Wake. På nuværende tidspunkt har du muligvis hørt dette citat - den korte, uforsikrede sætning, der til sidst gav navnet ”quark” til universets (som endnu ikke overgåede) mest grundlæggende byggesten. Dagens fysikere mener, at de forstår det grundlæggende i, hvordan kvarker kombineres; tre går sammen og danner baryoner (hverdagspartikler som proton og neutron), mens to - et kvark og et antik - klæber sammen for at danne mere eksotiske, mindre stabile sorter kaldet mesoner. Sjældne partnerskaber med fire kvark kaldes tetraquarks. Og fem kvarker bundet i en delikat dans? Naturligvis ville det være en pentakvark. Og pentaquark, indtil for nylig et rent figur af fysiklore, er nu blevet fundet på LHC!
Så hvad er det store? Langt fra bare at være et sjovt ord at sige fem gange hurtigt, kan pentaquark muligvis låse vigtige nye oplysninger om den stærke atomkraft op. Disse afsløringer kan i sidste ende ændre den måde, vi tænker på vores overordentlig tætte ven, neutronstjernen - og faktisk arten af den velkendte sag selv.
Fysikere kender til seks typer kvarker, der er sorteret efter vægt. Den letteste af de seks er op- og ned-kvarkerne, der udgør de mest kendte hverdagslige baryoner (to op og en ned i protonen, og to nedad og en op i neutronen). Den næste tyngste er charmen og mærkelige kvarker, efterfulgt af øverste og nederste kvarker. Og hvorfor stoppe der? Derudover har hver af de seks kvarker en tilsvarende anti-partikel eller antikark.
En vigtig egenskab ved begge kvarker og deres modpartikelprodukter er noget, der kaldes "farve." Naturligvis har kvarker ikke farve på samme måde som du kan kalde et æble "rødt" eller havet "blåt"; snarere er denne egenskab en metaforisk måde at kommunikere en af de væsentlige love i subatomisk fysik - at kvarkholdige partikler (kaldet hadroner) altid har en neutral farveladning.
For eksempel skal de tre komponenter i en proton omfatte en rød kvark, en grøn kvark og en blå kvark. Disse tre "farver" føjes til en neutral partikel på samme måde som rødt, grønt og blåt lys kombineres for at skabe en hvid glød. Tilsvarende love er på plads for det kvark og antikark, der udgør en meson: deres respektive farver skal være nøjagtigt modsat. En rød kvark kombineres kun med en anti-rød (eller cyan) antikark osv.
Også pentaquark skal have en neutral farveopladning. Forestil dig en proton og en meson (specifikt en type kaldet en J / psi-meson) bundet sammen - en rød, en blå og en grøn kvark i det ene hjørne og et farverneutral kvark-antikark-par i det andet - for en i alt fire kvarker og en antikvark, hvor alle farver pænt annullerer hinanden.
Fysikere er ikke sikre på, om pentaquark er oprettet af denne type adskilt arrangement, eller om alle fem kvarker er bundet direkte sammen; uanset hvad, som alle hadrons, holdes pentaquark i kontrol af den titan af grundlæggende dynamik, den stærke atomkraft.
Den stærke atomkraft, som navnet antyder, er den usigeligt robuste kraft, der limer sammen komponenterne i hver atomkerne: protoner og neutroner og, mere afgørende, deres egne bestanddele kvarker. Den stærke styrke er så ihærdig, at "frie kvarker" aldrig er blevet observeret; de er alle indelukket alt for tæt inden for deres forældre baryoner.
Men der er et sted i universet, hvor kvarker kan eksistere i og for sig selv, i en slags metukernetilstand: i en ekstraordinær tæt type neutronstjerne. I en typisk neutronstjerne er tyngdekraften så enorm, at protoner og elektroner ophører med at være. Deres energier og ladninger smelter sammen og efterlader intet andet end en masse masse neutroner.
Fysikere har antaget, at tilstødende neutroner i kernen, ved ekstreme tætheder, i den mest kompakte af stjerner, endda selv kan opløses i et virvar af bestanddele.
Neutronstjernen ... ville blive en kvarkstjerne.
Forskere mener, at forståelsen af pentaquarkens fysik kan kaste lys over den måde, den stærke atomkraft fungerer på under sådanne ekstreme forhold - ikke kun i så overdrevent tæt neutronstjerner, men måske endda i de første fraktioner af et sekund efter Big Bang. Yderligere analyse bør også hjælpe fysikere med at forbedre deres forståelse af måder, som kvarker kan og ikke kan kombinere.
De data, der gav anledning til denne opdagelse - et overordnet 9-sigma-resultat! - kom ud af LHC's første løb (2010-2013). Da supercollideren nu arbejder med det dobbelte af sin oprindelige energikapacitet, burde fysikere ikke have noget problem med at afsløre pentaquarkets mysterier endnu længere.
Her finder du et fortryk af pentaquark-fundet, der er sendt til tidsskriftet Physical Review Letters.
