"שלושה קווארקים למוסטר מארק !," כתב ג'יימס ג'ויס בסרט המבוך שלו,פיניגנז וייק. נכון לעכשיו, אולי שמעת את הציטוט הזה - המשפט הקצר והלא-סנסטי שהעניק בסופו של דבר את השם "קווארק" לאבני הבניין הבסיסיות ביותר של היקום (שטרם נותרו מעולם). הפיזיקאים של ימינו מאמינים שהם מבינים את היסודות של האופן שבו קוורקים משתלבים; שלושה מתחברים ליצירת בריונים (חלקיקים יומיומיים כמו הפרוטון והנויטרון), ואילו שניים - קווארק ועתיקות - נדבקים זה לזה ויוצרים זנים אקזוטיים יותר, פחות יציבים הנקראים מזונים. שותפויות נדירות בעלות ארבע קווארקים נקראות טרקטורקים. וחמישה קווארקים קשורים בריקוד עדין? באופן טבעי, זה יהיה א פנטקארק. והפנטה-קווארק, עד לא מזמן נתון של חיזוק פיזיקה, התגלה כעת ב- LHC!
אז מה הקטע הגדול? רחוק מלהיות פשוט מילה מהנה לומר מהר פי חמש, הפנטנקארק עשוי לפתוח מידע חדש חיוני על הכוח הגרעיני החזק. גילויים אלה עשויים לשנות בסופו של דבר את הדרך בה אנו חושבים על חברנו הצפוף להפליא, כוכב הנויטרונים - ואכן, על טבעו של החומר המוכר עצמו.
פיסיקאים מכירים שישה סוגים של קווארקים, שמסודרים לפי משקל. הקלים מבין השישה הם הקווארקים העליונים והמורכבים, המרכיבים את הבריאונים היומיומיים המוכרים ביותר (שני עליות ומטה בפרוטון, ושני ירידות ומעלה בנויטרון). הבאים הכי כבדים הם הקסם והקווארקים המוזרים, ואחריהם הקווארקים העליונים והתחתונים. ולמה לעצור שם? בנוסף, לכל אחד מששת הקווארקים יש אנטי-חלקיק מקביל, או עתיק.
תכונה חשובה של שני הקווארקים וגם עמיתיהם נגד החלקיקים היא דבר המכונה "צבע". כמובן שלקווארקים אין צבע באותו אופן שאתה יכול לקרוא לתפוח "אדום" או לאוקיאנוס "כחול"; במקום זאת, תכונה זו היא דרך מטפורית לתקשר את אחד החוקים המהותיים של הפיזיקה התת-אטומית - שחלקיקים המכילים קווארק (המכונים הדרונים) תמיד נושאים מטען צבע ניטרלי.
לדוגמה, על שלושת המרכיבים של פרוטון לכלול קווארק אדום אחד, קווארק ירוק אחד ואחד קווארק כחול. שלושת "הצבעים" הללו מסתכמים בחלקיק ניטרלי באותו אופן בו אור אדום, ירוק וכחול מתחברים ליצירת זוהר לבן. קיימים חוקים דומים לגבי הקווארק והעתיקות המרכיבות מזון: הצבעים שלהם בהתאמה חייבים להיות בדיוק הפוכים. קוורק אדום ישתלב רק עם עתיק אדום (או ציאן) וכן הלאה.
גם הפנטה-קווארק חייב להיות בעל מטען צבע ניטראלי. דמיין פרוטון ומזון (באופן ספציפי, סוג שנקרא מזון J / psi) המחוברים זה לזה - אדום, כחול וקוואק ירוק בפינה אחת, וצמד קווארק-עתיק-צבע נייטרלי בצבע השני - עבור סך הכל ארבעה קווארקים ועתיקות אחד, שכל הצבעים מבטלים זה את זה בצורה מסודרת.
הפיזיקאים אינם בטוחים אם הפנטה-קווארק נוצר על ידי סוג זה של סידור מופרד או שמא כל חמשת הקווארקים קשורים זה בזה ישירות; כך או כך, כמו כל ההדרסים, הפנטנקארק נשמר תחת הסימן על ידי אותו טיטאן של הדינמיקה הבסיסית, הכוח הגרעיני החזק.
הכוח הגרעיני החזק, כשמו כן הוא, הוא הכוח החזק שאפשר להבחין באופן דבוק המדביק יחדיו את המרכיבים של כל גרעין אטומי: פרוטונים ונויטרונים ובאופן חיוני יותר, הקווארקים המרכיבים שלהם. הכוח החזק עקשני עד כי מעולם לא נצפתה "קווארקים חופשיים"; כולם מוגבלים בצורה הדוקה מדי בתוך הברונים ההורים שלהם.
אבל יש מקום אחד ביקום בו עלולים להתקיים קווארקים כשלעצמם, במעין מצב מטא-גרעיני: בסוג צפוף במיוחד של כוכב נויטרונים. בכוכב נויטרונים טיפוסי, לחץ הכבידה הוא כה עצום עד שפרוטונים ואלקטרונים חדלים להיות. האנרגיות והמטענים שלהם נמסים זה בזה, ולא משאירים דבר מלבד גוש נויטרונים.
פיסיקאים שיערו שבצפיפות קיצונית, בקומפקטית ביותר של כוכבים, נויטרונים סמוכים בתוך הליבה עשויים אפילו להתפורר לבלבול של חלקים מכוננים.
כוכב הנויטרונים ... יהפוך לכוכב קווארק.
מדענים מאמינים כי הבנת הפיזיקה של הפנטנקארק עשויה לשפוך אור על הדרך בה פועל הכוח הגרעיני החזק בתנאים קיצוניים כל כך - לא רק בכוכבי נויטרונים כה צפופים, אלא אולי אפילו בשברים הראשונים של שנייה בעקבות המפץ הגדול. ניתוח נוסף אמור לעזור גם לפיזיקאים לצמצם את הבנתם את הדרכים שקווארקים יכולים ואינם יכולים לשלב.
הנתונים שהולידו תגלית זו - תוצאה אדירה של 9 sigma! - יצא מההפעלה הראשונה של ה- LHC (2010-2013). מכיוון שמסופר-העל פועל כעת בכפול מכוח יכולתו האנרגטית המקורית, לפיזיקאים לא צריכה להיות שום בעיה לפרוק את תעלומות הפנטקארק עוד יותר.
כאן ניתן למצוא הדפסה מקדימה של תגלית הפנטקווארק, שהוגשה לכתב העת Physical Review Letters.
