“Kolm kvarki kogunemismargi eest!” Kirjutas James Joyce oma labürindi faabulast,Finnegani äratus. Nüüdseks olete võib-olla seda tsitaati kuulnud - lühikest mõttetut lauset, mis andis Universumi (seni veel ületamata) kõige põhilisematele ehitusplokkidele nime “kvark”. Tänapäeva füüsikud usuvad, et nad mõistavad kvarkide ühendamise põhitõdesid; kolm ühinevad, moodustades barüoone (igapäevased osakesed, nagu prooton ja neutron), kaks - kvark ja antikvaar - kleepuvad kokku, moodustades eksootilisemaid, vähem püsivaid sorte, mida nimetatakse mesoonideks. Harvaesinevaid kvarki partnerlusi nimetatakse tetrakvarkadeks. Ja viis kvarki, mis on seotud delikaatses tantsus? Loomulikult oleks see a viisnurk. Ja viisnurk, alles hiljuti vaid füüsika pärimus, on nüüd LHC-s avastatud!
Mis on suur asi? See pole kaugeltki vaid viis korda kiire lõbus sõna öelda, võib viisnurk avada olulist uut teavet tugeva tuumajõu kohta. Need ilmutused võivad lõppkokkuvõttes muuta seda, kuidas me mõtleme oma võrratult tiheda sõbra, neutrontähe - ja tegelikult ka tuttava mateeria olemuse üle.
Füüsikud teavad kuut tüüpi kvarke, mis on järjestatud kaalu järgi. Kuuest kõige kergem on üles ja alla kvargid, mis moodustavad kõige tuttavamad igapäevased barüoonid (kaks üles ja alla prootonis ning kaks alla ja neutronisse üles). Järgmised raskemad on sarm ja kummalised kvargid, millele järgnevad ülemised ja alumised kvargid. Ja miks siin peatuda? Lisaks on kõigil kuuel kvarkil vastav osakestevastane ehk antiikork.
Mõlema kvargi ja nende osakestevastaste vastaste oluline atribuut on nn värv. Muidugi, kvargid ei ole sama värvi, nagu võiksite õunat nimetada punaseks või ookeani siniseks; pigem on see omadus metafooriline viis suhelda ühe subatomaatilise füüsika olulise seadusega - et kvarki sisaldavad osakesed (nn hadronid) kannavad alati neutraalset värvilaengut.
Näiteks peavad prootoni kolm komponenti sisaldama ühte punast kvarki, ühte rohelist kvarki ja ühte sinist kvarki. Need kolm "värvi" moodustavad neutraalse osakese samal viisil, nagu punane, roheline ja sinine valgus ühendavad, et luua valge sära. Sarnased seadused kehtivad mesoni moodustava kvargi ja antiikmargi kohta: nende vastavad värvid peavad olema täpselt vastupidised. Punane kvark ühendatakse ainult punase (või tsüaanilise) antiikvärviga jne.
Ka viisnurkne värv peab olema neutraalse värvilaenguga. Kujutage ette prootonit ja mesooni (täpsemalt tüüpi, mida nimetatakse J / psi mesooniks) - ühes nurgas punast, sinist ja rohelist kvarki ning teises värvi-neutraalset kvarki ja antibakterit sisaldavat paari - kokku neli kvarki ja üks antiikpark, mille kõik värvid tühistavad kenasti üksteise.
Füüsikud pole kindlad, kas viisnurk on loodud seda tüüpi eraldatud paigutuse abil või on kõik viis kvarki omavahel otseselt seotud; mõlemal juhul, nagu kõiki hadroneid, hoiab viisnurka viis kontrolli all fundamentaalse dünaamika titaan, tugev tuumajõud.
Tugev tuumajõud, nagu nimigi viitab, on kirjeldamatult tugev jõud, mis liimib kokku iga aatomituuma komponendid: prootonid ja neutronid ning mis veelgi olulisem - nende enda moodustatud kvargid. Tugev jõud on nii visad, et “vabu kvarke” pole kunagi täheldatud; nad on kõik oma vanemate paroonide kaudu liiga tihedalt piiratud.
Kuid Universumis on üks koht, kus kvargid võivad eksisteerida iseenesest, omamoodi metatuuma olekus: erakordselt tihedas neutronitähe tüüpi. Tüüpilises neutrontähes on gravitatsioonirõhk nii tohutu, et prootonid ja elektronid lakkavad olemast. Nende energiad ja laengud sulavad kokku, jättes vaid neutronite massi.
Füüsikud on oletanud, et äärmise tiheduse korral, kõige kompaktsemates tähtedes, võivad tuumas olevad külgnevad neutronid isegi laguneda koostisosade jupiks.
Neutronitähest ... saab kvarkktäht.
Teadlaste arvates võib viisnurga füüsika mõistmine heita valgust sellele, kuidas tugev tuumajõud sellistes ekstreemsetes tingimustes töötab - ja seda mitte ainult liiga tihedates neutronitähtedes, vaid võib-olla isegi suurele paugule järgneva sekundi esimestes murdudes. Edasine analüüs peaks aitama ka füüsikutel täpsustada oma arusaamist viisidest, mida kvargid saavad ja mida mitte.
Andmed, mis selle avastuse põhjustasid - ilmatu 9-sigma tulemus! - tuli välja LHC esimesel korral (2010–2013). Kuna superkander töötab nüüd kahekordse algse energiamahuga, ei tohiks füüsikutel olla probleeme viisnurga müsteeriumi veelgi lahti mõtestada.
Ajakirjale Physical Review Letters edastatud viisnurga avastuse eeltrükki leiate siit.
