ربما سمعت أن CERN أعلن الاكتشاف (تأكيد ، في الواقع. انظر الملحق أدناه.) لجسيم غريب يعرف باسم Z (4430). ورقة تلخص النتائج كانت نشرت في arxiv الفيزياء ، وهو مستودع لأوراق الفيزياء التمهيدية (التي لم تتم مراجعتها بعد). الجسيم الجديد أكبر بأربع مرات من البروتون ، وله شحنة سالبة ، ويبدو أنه جسيم نظري يعرف باسم رباعي الكوارك. لا تزال النتائج حديثة العهد ، ولكن إذا ثبتت صحة هذا الاكتشاف ، فقد يكون له آثار على فهمنا للنجوم النيوترونية.
جدول دوري للجسيمات الأولية.
الائتمان: ويكيبيديا
تتكون اللبنات الأساسية للمادة من اللبتونات (مثل الإلكترون والنيوترونات) والكواركات (التي تتكون منها البروتونات والنيوترونات والجسيمات الأخرى). تختلف الكواركات كثيرًا عن الجسيمات الأخرى من حيث أن لها شحنة كهربائية تساوي 1/3 أو 2/3 من الإلكترون والبروتون. لديهم أيضًا نوعًا مختلفًا من 'الشحنات' المعروفة باسم اللون. مثلما تتفاعل الشحنات الكهربائية من خلال القوة الكهرومغناطيسية ، تتفاعل الشحنات اللونية من خلال القوة النووية الشديدة. إن الشحنة اللونية للكواركات هي التي تعمل على تماسك نوى الذرات معًا. شحنة اللون أكثر تعقيدًا بكثير من الشحنات الكهربائية. في حالة الشحن الكهربائي ، هناك ببساطة موجب (+) وعكسه ، سالب (-). مع اللون ، هناك ثلاثة أنواع (أحمر وأخضر وأزرق) وأضدادها (مضاد للأحمر وضد الأخضر والأزرق المضاد).
بسبب الطريقة التي تعمل بها القوة الشديدة ، لا يمكننا أبدًا أن نلاحظ كواركًا حرًا. تتطلب القوة الشديدة أن تتجمع الكواركات معًا دائمًا لتشكيل جسيم محايد اللون. على سبيل المثال ، يتكون البروتون من ثلاثة كواركات (اثنان لأعلى وواحد لأسفل) ، حيث يكون لكل كوارك لون مختلف. مع الضوء المرئي ، تمنحك إضافة الضوء الأحمر والأخضر والأزرق ضوءًا أبيض عديم اللون. وبنفس الطريقة ، فإن الجمع بين كوارك أحمر وأخضر وأزرق يمنحك جسيمًا محايد اللون. هذا التشابه مع خصائص اللون للضوء هو سبب تسمية شحنة الكوارك بعد الألوان.
يعد دمج كوارك من كل لون في مجموعات من ثلاثة طريقة لإنشاء جسيم محايد اللون ، وتعرف هذه باسم الباريونات. البروتونات والنيوترونات هي الباريونات الأكثر شيوعًا. هناك طريقة أخرى لدمج الكواركات وهي مزاوجة كوارك ذي لون معين مع كوارك من لونه المضاد. على سبيل المثال ، يمكن للكوارك الأخضر والكوارك المضاد للأخضر أن يتحدوا لتشكيل جسيم محايد اللون. تُعرف هذه الجسيمات ثنائية الكوارك باسم الميزونات ، وقد تم اكتشافها لأول مرة في عام 1947. على سبيل المثال ، يتكون البيون الموجب الشحنة من كوارك علوي وجسيم سفلي مضاد.
وفقًا لقواعد القوة الشديدة ، هناك طرق أخرى يمكن أن تتحد بها الكواركات لتكوين جسيم محايد. واحد من هؤلاء ، رباعي الكواركات ، يجمع بين أربعة كواركات ، حيث يكون لجسيمين لون معين والآخران لهما ألوان مضادة متطابقة. تم اقتراح البعض الآخر ، مثل pentaquark (3 ألوان + زوج ملون مضاد للون) و hexaquark (3 ألوان + 3 ألوان مضادة). لكن حتى الآن كل هذه الأمور كانت افتراضية. في حين أن هذه الجسيمات ستكون محايدة اللون ، فمن الممكن أيضًا أنها غير مستقرة وتتحلل ببساطة إلى باريونات وميزونات.
كانت هناك بعض التلميحات التجريبية للتيتراكواركات ، ولكن هذه النتيجة الأخيرة هي أقوى دليل على 4 كواركات تشكل جسيمًا محايدًا. هذا يعني أن الكواركات يمكن أن تتحد بطرق أكثر تعقيدًا مما توقعنا في الأصل ، وهذا له آثار على البنية الداخلية للنجوم النيوترونية.
ببساطة ، النموذج التقليدي للنجم النيوتروني هو أنه مصنوع من النيوترونات. تتكون النيوترونات من ثلاثة كواركات (اثنان لأسفل وواحد علوي) ، ولكن يُعتقد عمومًا أن تفاعلات الجسيمات داخل النجم النيوتروني هي تفاعلات بين النيوترونات. مع وجود رباعي الكواركات ، من الممكن للنيوترونات داخل النواة أن تتفاعل بقوة كافية لتكوين رباعي كواركات. قد يؤدي هذا أيضًا إلى إنتاج البنتاكواركات والسداسيات ، أو حتى تلك الكواركات يمكن أن تتفاعل بشكل فردي دون التقيد بجسيمات اللون المحايدة. هذا من شأنه أن ينتج جسمًا افتراضيًا يُعرف باسم نجم الكوارك.
كل هذا افتراضي في هذه المرحلة ، لكن الأدلة المؤكدة على رباعي الكواركات ستجبر علماء الفيزياء الفلكية على إعادة فحص بعض الافتراضات التي لدينا حول الأجزاء الداخلية للنجوم النيوترونية.
إضافة:لقد تمت الإشارة إلى أن نتائج CERN ليست اكتشافًا أصليًا ، ولكنها تأكيد للنتائج السابقة من قبل Belle Collaboration. يمكن العثور على نتائج Belle في ملف ورقة 2008 في رسائل المراجعة الفيزيائية ، وكذلك أ ورقة 2013 في مجلة Physical Review د . إذن الائتمان حيث يستحق الائتمان.