Postojanje tetrakvarka, čudesne čestice koja je zasad postojala samo u divljoj mašti teoretičara fizike čestica, eksperimentalno je potvrđeno, sudeći po rezultatima ispitivanja podataka iz Velikog sudarača hadrona (LHC).
Nova čestica je oko četiri puta masivnija od protona, ima negativno naelektrisanje, a njeno otkriće imaće velike implikacije za razumevanje fenomena neutronskih zvezda, jedne od najmisterioznijih pojava u univerzumu.
Struktura materije
Da bi se razumelo šta je tačno ovaj tetrakvark, treba podsetiti čitaoce da je materija sastavljena od leptona (kao što su elektroni i neutrini) i kvarkova (koji su sastavni delovi protona, neutrona i nekih drugih čestica). Elektroni, protoni i neutroni čine atome, a ovi se grupišu u molekule.
Kvarkovi, sami za sebe, prilično su čudna i neverovatna vrsta čestice. Imaju drugu vrstu naboja, zvanu boja. Kao što električni naboji reaguju kroz elektromagnetnu silu, boje reaguju kroz jaku nuklearnu silu. Zahvaljujući boji kvarkova, jezgra atoma drže se na okupu. Naboj boje mnogo je kompleksniji od električnog naboja, koji je pozitivan (+) ili negativan (-); kod boje postoje tri tipa naboja - crveni, zeleni i plavi, kao i njihove suprotnosti - anticrveni, antizeleni i antiplavi.
Tetrakvark
Kombinovanjem kvarkova komplementarnih boja tako da je proizvod uvek neutralan dobijaju se barioni (protoni i neutroni su najčešći barioni). Na primer, zeleni kvark i antizeleni kvark mogu se upariti tako da se dobije čestica neutralne boje. Ove čestice sačinjene od dva kvarka zovu se mezoni. Na primer, pozitivno naelektrisan pion sastoji se od jednog „gore“ kvarka i „dole“ antikvarka.
Po pravilima jake nuklearne sile, postoje i drugi načini da se kvarkovi kombinuju kako bi se formirala neutralna čestica. Jednim od ovih načina dolazi se do našeg tetrakvarka. On se dobija spajanjem četiri kvarka, od kojih dva imaju određenu boju, a druga dva odgovarajuću antiboju. Postoje i pentakvark (tri boje i par kvarkova sa antibojom) i heksakvark (tri boje i tri antiboje).
Sve dosad i tetrakvark, i pentakvark, i sekstakvark bili su samo hipotetičke čestice. Ono što su uradili naučnici u LHC je eksperimentalni dokaz tetrakvarka.
Kvark zvezda
I ranije su postojali određeni eksperimentalni dokazi za postojanje tetrakvarkova, ali poslednji rezultati iz LHC dokazali su da četiri kvarka mogu da formiraju neutralnu česticu. Ovo znači da kvarkovi mogu da se kombinuju na mnogo složenije načine nego što smo dosad očekivali.
Na primer, tradicionalni model neutronske zvezde kaže samo da je ona načinjena od neutrona. Neutroni se sastoje od tri kvarka (dva „dole“ i jedan „gore“ kvark). Generalno, mislilo se da su interakcije čestica unutar neutronske zvezde samo interakcije neutrona. Sa otkrićem tetrakvarkova postalo je jasnije da je sasvim moguće da neutroni u srcu neutronske zvezde reaguju dovoljno jako da stvaraju tetrakvarkove. Ovo bi moglo da dovede i do stvaranja pentakvarkova i sekstakvarkova.
Sve ovo bi označilo mogućnost postojanja „svetog grala“ astrofizike - kvarka zvezde. Ali do toga je dugačak put.
Neutralne boje
SLOBODAN KVARK
Zbog osobina jake nuklearne sile nikad ne možemo da posmatramo „slobodan“ kvark; oni su uvek uvezani u neku kompleksniju česticu. Zbog jake sile uvek formiraju veću česticu, koja je uvek neutralna kad je reč o boji.
Na primer, proton se sastoji od tri kvarka (dva „gore“ i jedan „dole“ kvark), od kojih svaki kvark ima različitu boju. Kombinovanjem zelenog, crvenog i plavog kvarka uvek se dobija čestica koja je neutralna kad je reč o boji.