ربما سمعت أن CERN أعلن عن اكتشاف (تأكيد ، في الواقع. انظر الملحق أدناه) لجسيم غريب يعرف باسم Z (4430). تم نشر ورقة تلخص النتائج على arxiv الفيزياء ، وهو مستودع لأوراق الفيزياء ما قبل الطباعة (لم تتم مراجعتها بعد من قبل النظراء). الجسيم الجديد أكبر بحوالي 4 أضعاف من البروتون ، وله شحنة سالبة ، ويبدو أنه جسيم نظري يعرف باسم tetraquark. النتائج لا تزال صغيرة ، ولكن إذا استمر هذا الاكتشاف ، فقد يكون له آثار على فهمنا للنجوم النيوترونية.
تتكون اللبنات الأساسية للمادة من اللبتونات (مثل الإلكترون والنيوترينوات) والكواركات (التي تتكون منها البروتونات والنيوترونات والجسيمات الأخرى). تختلف الكواركات كثيرًا عن الجسيمات الأخرى من حيث أنها تحتوي على شحنة كهربائية 1/3 أو 2/3 من الإلكترون والبروتون. كما أنهم يمتلكون نوعًا مختلفًا من "الشحنة" المعروفة باسم اللون. مثلما تتفاعل الشحنات الكهربائية من خلال قوة كهرومغناطيسية ، تتفاعل الشحنات اللونية من خلال القوة النووية القوية. إنها شحنة اللون للكواركات التي تعمل على تثبيت نوى الذرات معًا. شحنة اللون أكثر تعقيدًا بكثير من الشحنة الكهربائية. مع الشحنة الكهربائية ، يوجد ببساطة موجب (+) وعكسه ، سلبي (-). مع اللون ، هناك ثلاثة أنواع (الأحمر والأخضر والأزرق) وأضدادها (الأحمر ، الأخضر ، والأزرق).
بسبب الطريقة التي تعمل بها القوة القوية ، لا يمكننا أبدًا مراقبة الكوارك الحر. تتطلب القوة القوية أن تتجمع الكواركات دائمًا معًا لتكوين جسيم محايد اللون. على سبيل المثال ، يتكون البروتون من ثلاثة كواركات (اثنان لأعلى وواحد لأسفل) ، حيث يكون لكل كوارك لون مختلف. مع الضوء المرئي ، يمنحك إضافة الضوء الأحمر والأخضر والأزرق ضوءًا أبيض عديم اللون. بنفس الطريقة ، يمزج الكوارك الأحمر والأخضر والأزرق جسيمًا محايدًا للون. هذا التشابه مع خصائص لون الضوء هو سبب تسمية شحنة الكوارك بعد الألوان.
إن دمج كوارك كل لون في مجموعات من ثلاثة هو طريقة واحدة لإنشاء جزيء محايد اللون ، وتعرف هذه باسم الباريونات. البروتونات والنيوترونات هي الباريونات الأكثر شيوعًا. طريقة أخرى لدمج الكواركات هي إقران كوارك بلون معين مع كوارك مضاد للون. على سبيل المثال ، يمكن أن يندمج الكوارك الأخضر مع الكوارك المضاد الأخضر ليشكل جزيءًا محايدًا للون. تُعرف هذه الجسيمات المكونة من كواركين بميزونات ، وقد تم اكتشافها لأول مرة في عام 1947. على سبيل المثال ، يتكون البيون الموجب الشحنة من كوارك علوي وكوارك مضاد للجسيمات لأسفل.
وفقًا لقواعد القوة القوية ، هناك طرق أخرى يمكن أن تتحد فيها الكواركات لتكوين جسيم محايد. واحدة من هذه ، tetraquark ، تجمع بين أربعة كواركات ، حيث يكون لجسيمين لون معين والآخران لهما اللون المقابل المضاد. تم اقتراح أنواع أخرى ، مثل pentaquark (3 ألوان + زوج ملون مضاد للون) و hexaquark (3 ألوان + 3 ألوان مضادة). ولكن حتى الآن ، كانت كل هذه الأمور افتراضية. في حين أن هذه الجسيمات ستكون حيادية اللون ، فمن الممكن أيضًا أنها غير مستقرة وسوف تتحلل ببساطة إلى الباريونات والميزونات.
كانت هناك بعض التلميحات التجريبية لرباعي الكواركات ، ولكن هذه النتيجة الأخيرة هي أقوى دليل على وجود أربعة كواركات تشكل جزيءًا محايدًا للون. هذا يعني أن الكواركات يمكن أن تتحد بطرق أكثر تعقيدًا بكثير 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 لأعلى) ، ولكن يُعتقد عمومًا أن تفاعلات الجسيمات داخل نجم نيوتروني هي تفاعلات بين النيوترونات. مع وجود رباعيات رباعي ، فمن الممكن أن تتفاعل النيوترونات داخل القلب بقوة كافية لإنشاء رباعيات. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إنتاج خماسي خماسي سداسي أو خماسي سداسي ، أو حتى أن الكواركات يمكن أن تتفاعل بشكل فردي دون الارتباط بجزيئات محايدة اللون. سيؤدي ذلك إلى إنتاج جسم افتراضي يعرف باسم نجم الكوارك.
هذا كله افتراضي في هذه المرحلة ، لكن الأدلة المؤكدة على رباعي الأرجل ستجبر علماء الفيزياء الفلكية على إعادة النظر في بعض الافتراضات التي لدينا حول الديكورات الداخلية للنجوم النيوترونية.
إضافة: تمت الإشارة إلى أن نتائج CERN ليست اكتشافًا أصليًا ، بل هي تأكيد للنتائج السابقة من خلال تعاون Belle. يمكن العثور على نتائج Belle في ورقة عام 2008 في Physical Review Letters ، بالإضافة إلى ورقة 2013 في Physical Review D.
