Відкриття CERN екзотичної частинки Z(4430) може зробити революцію в деяких галузях астрофізики
Нещодавно ми розповідали про відкриття фізики Європейської організації ядерних досліджень CERN екзотичної елементарної частинки Z(4430), яка складається з чотирьох кварків. Ця частка в чотири рази масивніше протона, вона має негативний електричний заряд і відноситься до класу теоретичних частинок, відомих, як тетраквакровые частинки. Незважаючи на те, що дослідження таких частинок знаходяться ще на самому ранньому етапі, деякі вчені вважають, що зроблене відкриття може надати величезний вплив на деякі галузі астрофізики, зокрема на розуміння процесів, що відбуваються в нейтронних зірках і в інших екзотичних космічних об'єктах.
Вся матерія в навколишньому світі складається з елементарних "цеглинок", таких як лептони, до яких відносяться електрони і нейтрино, і кварки, з яких складаються протони, нейтрони й інші частинки. Кварки відрізняються від інших частинок наявністю "дробового" електричного заряду, який дорівнює одній або двом третім частинам від заряду електрона або протона. Крім цього кварки мають іншим видом заряду, який вчені називають кольором кварка. Подібно до того, як електрично заряджені частинки взаємодіють між собою через електромагнітні сили, кварки, мають різні кольори, взаємодіють за допомогою сил сильних ядерних взаємодій. І завдяки цим взаємодіям частинки, з яких складаються ядра атомів, скріплюються в єдине ціле.
"Кольоровий" заряд кварка має більш складну природу, ніж простий електричний заряд, у якого може бути тільки два значення - позитивний і негативний. Кольорові заряди бувають трьох основних типів, червоного, зеленого, синього, і трьох протилежних - антикрасного, антизеленого і антисинего.
З-за участі сил сильних ядерних взаємодій ми ніколи не зможемо спостерігати кварки у вільному стані. Сильні взаємодії визначають те, що всі кварки завжди групуються, утворюючи більші частинки, що мають нейтральний кольоровий заряд. Наприклад, протон складається з трьох кварків, двох верхніх і одного нижнього, кожен з яких має різний колір. Сума червоного, зеленого і синього кольорів дає сумарний нейтральний білий колір. І сумарний колір будь-якої іншої відомої частки буде також нейтральним білим кольором.
Об'єднання трьох кварків різних кольорів є найпростішим способом створення нейтральних частинок, відомих як баріони. Протони і нейтрони є найпоширенішими представниками баріонів. Але іншим способом отримання нейтрального кольору кінцевої частки є об'єднання кварка з певним кольором із кварком, мають протилежний колір. Приміром, нейтральну частинку можуть утворити кварки зеленого і антизеленого квітів. Такі частинки, що складаються з двох кварків, були виявлені в 1947 році і відомі як мезони. Наприклад, позитивно заряджений півонія складається з верхнього кварка і верхнього антикварка.
За правилами сильних ядерних взаємодій нейтральна частинка може бути сформована з чотирьох кварків, два з яких маю певні кольори, а решта є антиподами перших двох. Такий підхід дозволяє допустити існування і зовсім екзотичних варіантів, таких як 3 кольори + 1 пара колір-антицвет або три пари колір-антицвет. Але такі частки будуть дуже нестабільними і вони моментально розпадуться на більш прості баріони і мезони.
Експериментальне виявлення нейтральних частинок-тетракварков служить підтвердженням того, що кварки дійсно можуть об'єднуватися більш складними способами і процеси з участю таких складних частинок можуть відбуватися в надрах нейтронних зірок. Традиційна модель нейтронної зірки на увазі те, що цей об'єкт складається виключно з нейтронів, які, в свою чергу, складаються з трьох кварків різного кольору. До останнього часу вважалося, що всі процеси усередині нейтронних зірок визначаються виключно взаємодією між нейтронами, але умови усередині нейтронних зірок і бурхливі там енергії такі, що там можуть почати формуватися тетракварки і навіть більш складні частинки - пентакварки і гексакварки. Деякі вчені навіть припускають, що умови у надрах нейтронних зірок можуть послужити причиною того, що там існують вільні кварки, не пов'язані в нейтральні кольорові частинки. І це може призвести до формування гіпотетичних космічних об'єктів, званих кварковыми зірками.
Всі висловлені вище думки є лише гіпотетичними припущеннями. Але незаперечні докази можливості існування тетракварков змушують вчених-астрофізиків переглядати усталені теорії та по-новому поглянути на деякі припущення, що стосуються нейтронних зірок, які раніше вважалися цілком абсурдними.