Možná jste slyšeli, že CERN oznámil objev (vlastně potvrzení. Viz dodatek níže.) podivné částice známé jako Z(4430). Vznikl dokument shrnující výsledky zveřejněno na arxiv fyziky , což je úložiště pro předtištěné (zatím nerecenzované) fyzikální práce. Nová částice je asi 4krát hmotnější než proton, má záporný náboj a zdá se, že jde o teoretickou částici známou jako tetrakvark. Výsledky jsou stále mladé, ale pokud tento objev obstojí, mohlo by to mít důsledky pro naše chápání neutronových hvězd.
Periodická tabulka elementárních částic.
Kredit: Wikipedie
Stavební kameny hmoty jsou tvořeny leptony (jako je elektron a neutrina) a kvarky (které tvoří protony, neutrony a další částice). Kvarky se od ostatních částic velmi liší tím, že mají elektrický náboj, který je 1/3 nebo 2/3 elektrického náboje elektronu a protonu. Mají také jiný druh „náboje“ známý jako barva. Stejně jako elektrické náboje interagují prostřednictvím elektromagnetické síly, barevné náboje interagují prostřednictvím silné jaderné síly. Je to barevný náboj kvarků, který drží jádra atomů pohromadě. Barevný náboj je mnohem složitější než elektrický náboj. U elektrického náboje je jednoduše kladný (+) a jeho opak, záporný (-). U barvy existují tři typy (červená, zelená a modrá) a jejich protiklady (anti-červená, anti-zelená a anti-modrá).
Kvůli tomu, jak silná síla funguje, nikdy nemůžeme pozorovat volný kvark. Silná síla vyžaduje, aby se kvarky vždy seskupily a vytvořily částici, která je barevně neutrální. Například proton se skládá ze tří kvarků (dva up a jeden down), kde každý kvark má jinou barvu. S viditelným světlem, přidáním červeného, zeleného a modrého světla získáte bílé světlo, které je bezbarvé. Stejně tak spojením červeného, zeleného a modrého kvarku získáte částici, která je barevně neutrální. Tato podobnost s barevnými vlastnostmi světla je důvodem, proč je kvarkový náboj pojmenován podle barev.
Kombinace kvarku každé barvy do skupin po třech je jedním ze způsobů, jak vytvořit barevně neutrální částici, a ty jsou známé jako baryony. Protony a neutrony jsou nejběžnější baryony. Dalším způsobem, jak kombinovat kvarky, je spárovat kvark určité barvy s kvarkem jeho anti-barvy. Například zelený kvark a anti-zelený kvark by se mohly spojit a vytvořit barevně neutrální částici. Tyto dvoukvarkové částice jsou známé jako mezony a byly poprvé objeveny v roce 1947. Například kladně nabitý pion se skládá z up kvarku a antičásticového down kvarku.
Podle pravidel silné síly existují i jiné způsoby, jak by se kvarky mohly spojit a vytvořit neutrální částici. Jeden z nich, tetrakvark, kombinuje čtyři kvarky, kde dvě částice mají určitou barvu a další dvě mají odpovídající antibarvy. Byly navrženy další, jako je pentakvark (3 barvy + jeden barevný anti-barevný pár) a hexaquark (3 barvy + 3 anti-barvy). Ale zatím to všechno bylo hypotetické. I když by takové částice byly barevně neutrální, je také možné, že nejsou stabilní a jednoduše by se rozpadly na baryony a mezony.
Objevily se nějaké experimentální náznaky tetrakvarků, ale tento nejnovější výsledek je nejpřesvědčivějším důkazem toho, že 4 kvarky tvoří barevně neutrální částici. To znamená, že kvarky se mohou kombinovat mnohem složitějšími způsoby, než jsme původně očekávali, a to má důsledky pro vnitřní strukturu neutronových hvězd.
Velmi zjednodušeně, tradiční model neutronové hvězdy je ten, že je vyrobena z neutronů. Neutrony se skládají ze tří kvarků (dva dolů a jeden nahoru), ale obecně se má za to, že interakce částic v neutronové hvězdě jsou interakcemi mezi neutrony. Díky existenci tetrakvarků je možné, aby neutrony v jádře interagovaly dostatečně silně, aby vytvořily tetrakvarky. To by mohlo dokonce vést k produkci pentakvarků a hexakvarků, nebo dokonce k tomu, že by kvarky mohly interagovat jednotlivě, aniž by byly vázány na barevně neutrální částice. Vznikl by tak hypotetický objekt známý jako kvarková hvězda.
To vše je v tomto bodě hypotetické, ale ověřené důkazy o tetrakvarcích donutí astrofyziky přezkoumat některé domněnky, které máme o nitru neutronových hvězd.
dodatek:Bylo poukázáno na to, že výsledky CERNu nejsou originálním objevem, ale spíše potvrzením dřívějších výsledků Belle Collaboration. Výsledky Belle lze nalézt v a 2008 článek ve Physical Review Letters , stejně jako a 2013 článek ve Physical Review D . Takže úvěr tam, kde je úvěr splatný.