Du kanske har hört att CERN meddelade upptäckten (bekräftelse, faktiskt. Se tillägg nedan.) Av en konstig partikel känd som Z (4430). Ett papper som sammanfattar resultaten har publicerats på fysiken arxiv, som är ett arkiv för förtryck (ännu inte granskad) fysikhandlingar. Den nya partikeln är ungefär fyra gånger massivare än en proton, har en negativ laddning och verkar vara en teoretisk partikel känd som en tetraquark. Resultaten är fortfarande unga, men om denna upptäckt fortsätter kan det få konsekvenser för vår förståelse av neutronstjärnor.
Materialets byggstenar är gjorda av leptoner (som elektron och neutrino) och kvarkar (som utgör protoner, neutroner och andra partiklar). Kvarkar skiljer sig mycket från andra partiklar genom att de har en elektrisk laddning som är 1/3 eller 2/3 av elektron och proton. De har också en annan typ av "laddning" som kallas färg. Precis som elektriska laddningar samverkar genom en elektromagnetisk kraft, samverkar färgladdningar genom den starka kärnkraften. Det är färgladdningen för kvarkar som fungerar för att hålla kärnorna i atomerna samman. Färgladdning är mycket mer komplex än elektrisk laddning. Med elektrisk laddning är det helt enkelt positivt (+) och dess motsatta, negativa (-). Med färg finns det tre typer (röd, grön och blå) och deras motsatser (anti-röd, anti-green och anti-blue).
På grund av hur den starka kraften fungerar kan vi aldrig observera en fri kvark. Den starka kraften kräver att kvarker alltid grupperas ihop för att bilda en partikel som är färgneutral. Till exempel består en proton av tre kvarkar (två upp och en ner), där varje kvark har en annan färg. Med synligt ljus ger du rött, grönt och blått ljus vitt ljus, vilket är färglöst. På samma sätt genom att kombinera en röd, grön och blå kvark ger du en partikel som är färgneutral. Denna likhet med ljusets färgegenskaper är därför kvarkladdningen är uppkallad efter färger.
Att kombinera en kvark av varje färg i grupper om tre är ett sätt att skapa en färgneutral partikel, och dessa är kända som baryoner. Protoner och neutroner är de vanligaste baryonerna. Ett annat sätt att kombinera kvarkar är att para in en kvark av en viss färg med en kvark av dess antifärg. Till exempel kan en grön quark och en anti-green quark kombineras för att bilda en färgneutral partikel. Dessa två-kvarkpartiklar är kända som mesoner och upptäcktes först 1947. Till exempel består den positivt laddade pionen av en upp-kvark och en antipartikel ned-kvark.
Enligt reglerna för den starka kraften finns det andra sätt som kvarkar kan kombinera för att bilda en neutral partikel. En av dessa, tetrakvarken, kombinerar fyra kvarkar, där två partiklar har en viss färg och de andra två har motsvarande antifärger. Andra, såsom pentaquark (3 färger + ett parfärg mot färg) och hexaquark (3 färger + 3 antifärger) har föreslagits. Men hittills har alla dessa varit hypotetiska. Även om sådana partiklar skulle vara färgneutrala, är det också möjligt att de inte är stabila och helt enkelt skulle förfalla till baryoner och mesoner.
Det har funnits några experimentella antydningar om tetraquarks, men detta senaste resultat är det starkaste beviset på att 4 kvarkar bildar en färgneutral partikel. Detta innebär att kvarkar kan kombinera på mycket mer komplexa sätt än vi ursprungligen förväntade oss, och detta har konsekvenser för den inre strukturen hos neutronstjärnor.
Mycket enkelt är den traditionella modellen för en neutronstjärna att den är gjord av neutroner. Neutroner består av tre kvarkar (två ner och en upp), men man tror allmänt att partikelinteraktioner i en neutronstjärna är interaktioner mellan neutroner. Med förekomsten av tetraquarks är det möjligt för neutroner i kärnan att samverka tillräckligt starkt för att skapa tetraquarks. Detta kan till och med leda till framställning av pentaquarks och hexaquarks, eller till och med att kvarks kan interagera individuellt utan att binds till färgneutrala partiklar. Detta skulle producera ett hypotetiskt föremål som kallas en kvarkstjärna.
Allt detta är hypotetiskt vid denna tidpunkt, men verifierade bevis för tetrakvark kommer att tvinga astrofysiker att undersöka några antaganden vi har om neutronstjärnornas inre.
Tillägg: Det har påpekats att CERNs resultat inte är en ursprunglig upptäckt, utan snarare en bekräftelse av tidigare resultat från Belle Collaboration. Belle-resultaten kan hittas i ett 2008-uppsats i Physical Review Letters, samt i ett 2013-uppsats i Physical Review D. Så kredit där kredit förfaller.
