“ Three quark for Muster Mark!” James Joyce เขียนไว้ในนิทานเขาวงกตเวคของ Finnegan. ถึงตอนนี้คุณอาจเคยได้ยินคำพูดนี้ - ประโยคสั้น ๆ ที่ไร้สาระซึ่งในที่สุดก็ได้ตั้งชื่อ "ควาร์ก" ให้กับหน่วยสร้างพื้นฐานที่สำคัญที่สุดของจักรวาล (ซึ่งยังไม่มีที่เปรียบ) นักฟิสิกส์ของวันนี้เชื่อว่าพวกเขาเข้าใจพื้นฐานของการรวมควาร์ก สามรวมตัวกันเพื่อก่อรูปแบริออน (อนุภาคในชีวิตประจำวันเช่นโปรตอนและนิวตรอน) ในขณะที่สอง - ควาร์กและแอนติค - ติดกันเพื่อก่อให้เกิดความแปลกใหม่มากขึ้น หุ้นส่วนสี่ควาร์คหายากเรียกว่าเตตร้าควาร์ก และห้าควาร์กผูกมัดด้วยการเต้นรำที่ละเอียดอ่อน? โดยธรรมชาตินั่นจะเป็น เพนตาควาร์ก. และ pentaquark จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้มีการค้นพบตำนานฟิสิกส์เพียงเล็กน้อยที่ LHC!
ดังนั้นเรื่องใหญ่คืออะไร ไกลจากการเป็นเพียงคำสนุกที่จะพูดเร็วขึ้นห้าเท่าเพนตาควอร์กอาจปลดล็อคข้อมูลใหม่ที่สำคัญเกี่ยวกับพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง การเปิดเผยเหล่านี้สามารถเปลี่ยนวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับเพื่อนที่หนาแน่นอย่างดีเยี่ยมของเราดาวนิวตรอน - และแน่นอนว่าธรรมชาติของสสารที่คุ้นเคยนั้นเอง
นักฟิสิกส์รู้ควาร์กหกประเภทซึ่งเรียงลำดับตามน้ำหนัก น้ำหนักเบาที่สุดของทั้งหกคือควาร์กขึ้นและลงซึ่งประกอบไปด้วยแบริออนที่คุ้นเคยที่สุดทุกวัน (สองอัพและดาวน์ในโปรตอนและสองดาวน์และเพิ่มในนิวตรอน) สิ่งที่หนักที่สุดต่อไปคือเสน่ห์และควาร์กแปลกตามด้วยควาร์กด้านบนและล่าง แล้วทำไมถึงหยุดตรงนั้นล่ะ? นอกจากนี้หกควาร์กแต่ละตัวมีแอนตี้ - อนุภาคที่สอดคล้องกันหรือ antiquark
คุณลักษณะที่สำคัญของทั้งสองควาร์กและอนุภาคต่อต้านอนุภาคคือสิ่งที่เรียกว่า "สี" แน่นอนควาร์กไม่มีสีในแบบเดียวกับที่คุณอาจเรียกแอปเปิ้ล“ แดง” หรือมหาสมุทร“ สีน้ำเงิน” ค่อนข้างคุณสมบัตินี้เป็นวิธีเชิงเปรียบเทียบของการสื่อสารหนึ่งในกฎที่สำคัญของฟิสิกส์ subatomic - ที่อนุภาคที่มี quark (เรียกว่าฮาดรอนส์) มักจะมีประจุสีที่เป็นกลาง
ตัวอย่างเช่นองค์ประกอบทั้งสามของโปรตอนต้องมีหนึ่งควาร์กสีแดงหนึ่งควาร์กสีเขียวและควาร์กสีน้ำเงินหนึ่งค “ สี” ทั้งสามนี้รวมกันเป็นอนุภาคที่เป็นกลางในลักษณะเดียวกับที่แสงสีแดงสีเขียวและสีน้ำเงินรวมกันเพื่อสร้างแสงสีขาว กฎหมายที่คล้ายกันอยู่ในสถานที่สำหรับ quark และโบราณวัตถุที่ประกอบกันเป็น Meson: สีที่เกี่ยวข้องจะต้องตรงข้ามกัน ควาร์กสีแดงจะรวมกับแอนติคแอนตี้พาร์ก (หรือสีฟ้า) และอื่น ๆ เท่านั้น
pentaquark ก็ต้องมีค่าสีที่เป็นกลาง ลองนึกภาพโปรตอนและอนุภาคทางฟิสิกส์ (โดยเฉพาะชนิดที่เรียกว่า J / psi อนุภาคทางฟิสิกส์) รวมเข้าด้วยกัน - สีแดงสีฟ้าและสีเขียวควาร์กในมุมหนึ่ง ทั้งหมดสี่ควาร์กและอันหนึ่งอันเก่าแก่ซึ่งทุกสีสามารถตัดกันได้อย่างหมดจด
นักฟิสิกส์ไม่แน่ใจว่า pentaquark ถูกสร้างขึ้นโดยการแยกประเภทนี้หรือว่าทั้งห้าควาร์กถูกผูกเข้าด้วยกันโดยตรงหรือไม่ ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตามเช่นเดียวกับฮาดรอนเด็นทุกคนเพนตาควอร์กก็ถูกตรวจสอบโดยไททันของพลศาสตร์พื้นฐานนั่นคือพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง
พลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งดังที่ชื่อของมันบ่งบอกว่าเป็นพลังที่แข็งแกร่งอย่างไม่สามารถบรรยายได้ซึ่งติดกาวองค์ประกอบของนิวเคลียสทุกอะตอม: โปรตอนและนิวตรอนและควาร์กที่เป็นส่วนประกอบของพวกมันเอง พลังที่แข็งแกร่งนั้นเหนียวแน่นจนไม่เคยสังเกต "ควาร์กฟรี" พวกเขาทั้งหมดถูกกักตัวไว้อย่างแน่นเกินไปใน baryons ของผู้ปกครอง
แต่มีสถานที่แห่งหนึ่งในจักรวาลที่มีควาร์กอยู่ในตัวของมันเองในสถานะของเมตานิวเคลียร์: ในดาวนิวตรอนหนาแน่นชนิดพิเศษ ในดาวนิวตรอนทั่วไปแรงดันความโน้มถ่วงนั้นมหาศาลมากจนโปรตอนและอิเล็กตรอนหยุดนิ่ง พลังงานและประจุของพวกมันละลายไปด้วยกันโดยไม่เหลืออะไรเลยนอกจากมวลนิวตรอน
นักฟิสิกส์คาดเดาว่าในระดับความหนาแน่นสูงที่สุดในบรรดาดาวที่มีขนาดกะทัดรัดที่สุดนิวตรอนที่อยู่ติดกันภายในแกนกลางอาจทำให้ตัวเองสลายตัวไปเป็นส่วนต่าง ๆ ที่ยุ่งเหยิง
ดาวนิวตรอน ... จะกลายเป็นดาวควาร์ก
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการเข้าใจฟิสิกส์ของเพนตาควอร์กอาจทำให้เกิดแสงสว่างในวิธีที่พลังนิวเคลียร์ดำเนินการภายใต้สภาวะที่รุนแรงเช่นนี้ไม่เพียง แต่ในดาวนิวตรอนหนาแน่นมากเกินไป แต่บางทีแม้แต่เศษเสี้ยวแรกของวินาที การวิเคราะห์เพิ่มเติมควรช่วยนักฟิสิกส์ปรับปรุงความเข้าใจในวิธีที่ควาร์กสามารถทำได้และไม่สามารถรวมกันได้
ข้อมูลที่ก่อให้เกิดการค้นพบนี้ - ผลลัพธ์ที่น่าทึ่ง 9-sigma! - ออกมาจากการเรียกใช้ครั้งแรกของ LHC (2010-2013) ด้วย supercollider ที่ทำงานที่ความจุพลังงานเดิมเป็นสองเท่านักฟิสิกส์ไม่น่าจะมีปัญหาในการไขปริศนาของเพนทาควอร์กยิ่งขึ้นไปอีก
ตัวอย่างของการค้นพบ pentaquark ซึ่งถูกส่งไปยังวารสาร Physical Review Letters อยู่ที่นี่
