"Tiga quark untuk Muster Mark !," tulis James Joyce dalam dongeng labirinnya,Bangun Finnegan. Sekarang, anda mungkin sudah mendengar petikan ini - kalimat pendek dan tidak masuk akal yang akhirnya memberi nama "quark" kepada blok-blok asas yang paling mendasar di Alam Semesta (yang belum ada yang tak tertandingi). Ahli fizik hari ini percaya bahawa mereka memahami asas bagaimana gabungan kuark; tiga bergabung untuk membentuk baryon (zarah harian seperti proton dan neutron), sementara dua - quark dan antiquark - melekat bersama untuk membentuk varieti yang lebih eksotik dan kurang stabil yang disebut meson. Perkongsian empat-quark yang jarang disebut tetraquark. Dan lima quark terikat dalam tarian halus? Secara semula jadi, itu akan menjadi pentaquark. Dan pentaquark, sehingga baru-baru ini hanyalah gambaran pengetahuan fizik, kini telah dikesan di LHC!
Jadi apa masalahnya? Jauh dari sekadar kata-kata yang menyenangkan untuk mengatakan lima kali cepat, pentaquark mungkin membuka maklumat penting baru mengenai kekuatan nuklear yang kuat. Pewahyuan ini akhirnya dapat mengubah cara kita berfikir tentang rakan kita yang sangat padat, bintang neutron - dan, sememangnya, sifat perkara biasa itu sendiri.
Ahli fizik mengetahui enam jenis quark, yang disusun mengikut berat. Yang paling ringan dari enam adalah quark atas dan bawah, yang membentuk baryon sehari-hari yang paling biasa (dua naik dan turun di proton, dan dua turun dan naik di neutron). Yang paling berat seterusnya adalah quark yang menarik dan aneh, diikuti oleh quark atas dan bawah. Dan mengapa berhenti di sana? Sebagai tambahan, masing-masing dari enam quark mempunyai anti partikel, atau antiquark.
Sifat penting kedua quark dan rakan sejenisnya adalah sesuatu yang disebut "warna." Sudah tentu, quark tidak memiliki warna dengan cara yang sama seperti yang anda sebut epal sebagai "merah" atau lautan "biru"; sebaliknya, sifat ini adalah kaedah kiasan untuk mengkomunikasikan salah satu undang-undang penting fizik subatomik - bahawa zarah yang mengandungi kuark (disebut hadron) selalu membawa cas warna neutral.
Contohnya, tiga komponen proton mesti merangkumi satu quark merah, satu quark hijau, dan satu quark biru. Ketiga "warna" ini menambah zarah neutral dengan cara yang sama seperti cahaya merah, hijau, dan biru untuk mencipta cahaya putih. Undang-undang serupa ada untuk quark dan antiquark yang membentuk meson: warna masing-masing mestilah bertentangan. Quark merah hanya akan bergabung dengan antiquark anti-merah (atau cyan), dan sebagainya.
Pentaquark juga mesti mempunyai cas warna neutral. Bayangkan proton dan meson (khususnya, jenis yang dipanggil J / psi meson) terikat bersama - kuark merah, biru, dan hijau di satu sudut, dan pasangan quark-antiquark warna-neutral di sisi lain - untuk jumlah keseluruhan empat quark dan satu antiquark, semua warnanya saling membatalkan dengan kemas.
Ahli fizik tidak pasti sama ada pentaquark dicipta oleh jenis susunan berasingan ini atau adakah kelima-lima quark terikat secara langsung; bagaimanapun, seperti semua hadron, pentaquark dikendalikan oleh titan dinamika asas, kekuatan nuklear yang kuat.
Kekuatan nuklear yang kuat, seperti namanya, adalah kekuatan kuat yang tidak dapat diungkapkan yang menyatukan komponen setiap inti atom: proton dan neutron dan, lebih penting lagi, quark konstituen mereka sendiri. Kekuatan yang kuat sangat kuat sehingga "kuark bebas" tidak pernah diperhatikan; mereka semua dikurung terlalu ketat dalam baryon ibu bapa mereka.
Tetapi ada satu tempat di Alam Semesta di mana quark mungkin ada di dalam diri mereka sendiri, dalam keadaan meta-nuklear: dalam jenis bintang neutron yang sangat padat. Pada bintang neutron khas, tekanan graviti sangat besar sehingga proton dan elektron berhenti. Tenaga dan tenaga mereka meleleh bersama-sama, meninggalkan apa-apa kecuali sejumlah besar neutron.
Ahli fizik menduga bahawa, pada ketumpatan yang melampau, pada bintang yang paling padat, neutron bersebelahan di dalam inti bahkan mungkin akan hancur menjadi sekumpulan bahagian penyusun.
Bintang neutron ... akan menjadi bintang quark.
Para saintis percaya bahawa memahami fizik pentaquark dapat menjelaskan cara kekuatan nuklear yang kuat beroperasi dalam keadaan yang sangat melampau - bukan hanya pada bintang neutron yang terlalu padat, tetapi mungkin juga pada pecahan pertama sesaat setelah Big Bang. Analisis lebih lanjut juga harus membantu ahli fizik memperbaiki pemahaman mereka tentang cara-cara yang boleh dan tidak dapat digabungkan oleh quark.
Data yang menghasilkan penemuan ini - hasil 9-sigma yang mengejutkan! - keluar dari larian pertama LHC (2010-2013). Dengan supercollider yang kini beroperasi dua kali ganda dari kapasiti tenaga asalnya, ahli fizik seharusnya tidak mempunyai masalah untuk membongkar misteri pentaquark lebih jauh lagi.
Pra cetak penemuan pentaquark, yang telah diserahkan ke jurnal Physical Review Letters, boleh didapati di sini.
