"Tiga quark untuk Muster Mark !," tulis James Joyce dalam dongeng labirinnya,Finnegan's Wake. Pada saat ini, Anda mungkin telah mendengar kutipan ini - kalimat pendek dan tidak masuk akal yang akhirnya memberi nama "quark" pada blok bangunan paling mendasar di Universe (yang belum tertandingi). Fisikawan masa kini percaya bahwa mereka memahami dasar-dasar bagaimana quark bergabung; tiga bergabung untuk membentuk baryon (partikel sehari-hari seperti proton dan neutron), sementara dua - quark dan antiquark - tetap bersatu untuk membentuk varietas yang lebih eksotis, kurang stabil yang disebut meson. Kemitraan empat kuark yang langka disebut tetraquark. Dan lima quark terikat dalam tarian yang lembut? Secara alami, itu akan menjadi pentaquark. Dan pentaquark, sampai baru-baru ini isapan jempol belaka dari fisika, kini telah terdeteksi di LHC!
Jadi, apa masalahnya? Jauh dari sekadar kata yang menyenangkan untuk diucapkan lima kali cepat, pentaquark mungkin membuka informasi penting baru tentang kekuatan nuklir yang kuat. Pengungkapan ini pada akhirnya dapat mengubah cara kita berpikir tentang teman kita yang luar biasa padat, bintang neutron - dan, memang, sifat materi yang akrab itu sendiri.
Fisikawan tahu enam jenis quark, yang dipesan berdasarkan berat. Yang paling ringan dari keenam adalah quark atas dan ke bawah, yang membentuk baryon sehari-hari yang paling akrab (dua pasang surut pada proton, dan dua pasang surut dalam neutron). Yang terberat berikutnya adalah pesona dan quark aneh, diikuti oleh quark atas dan bawah. Dan mengapa berhenti di situ? Selain itu, masing-masing dari enam quark memiliki anti-partikel yang sesuai, atau antiquark.
Atribut penting dari quark dan anti-partikelnya adalah sesuatu yang disebut "warna." Tentu saja, quark tidak memiliki warna dengan cara yang sama dengan yang Anda sebut apel "merah" atau lautan "biru"; alih-alih, sifat ini adalah cara metaforis untuk mengkomunikasikan salah satu hukum penting fisika subatomik - bahwa partikel yang mengandung quark (disebut hadron) selalu membawa muatan warna netral.
Misalnya, tiga komponen proton harus menyertakan satu quark merah, satu quark hijau, dan satu quark biru. Ketiga "warna" ini menambahkan hingga partikel netral dengan cara yang sama seperti cahaya merah, hijau, dan biru bergabung untuk menciptakan cahaya putih. Hukum yang serupa berlaku untuk quark dan antiquark yang membentuk meson: warna masing-masing harus persis berseberangan. Kuark merah hanya akan bergabung dengan antiquark anti-merah (atau cyan), dan sebagainya.
Pentaquark juga harus memiliki muatan warna netral. Bayangkan sebuah proton dan meson (khususnya, jenis yang disebut meson J / psi) yang diikat menjadi satu - merah, biru, dan kuark hijau di satu sudut, dan pasangan quark-antiquark netral-warna di sudut lainnya - untuk sebuah total empat quark dan satu antiquark, semua warna yang dengan rapi membatalkan satu sama lain.
Fisikawan tidak yakin apakah pentaquark dibuat oleh jenis pengaturan terpisah atau apakah kelima quark terikat bersama secara langsung; apa pun yang terjadi, seperti semua hadron, pentaquark disimpan oleh titan dinamika fundamental itu, kekuatan nuklir yang kuat.
Gaya nuklir kuat, seperti namanya, adalah gaya kuat yang tak terkatakan yang menempel komponen dari setiap inti atom: proton dan neutron dan, lebih penting lagi, quark konstituen mereka sendiri. Kekuatan yang kuat sangat ulet sehingga "quark bebas" tidak pernah diamati; mereka semua terkurung terlalu ketat di dalam baryon induk mereka.
Tetapi ada satu tempat di Semesta di mana quark mungkin ada dalam dan dari diri mereka sendiri, dalam semacam keadaan meta-nuklir: dalam jenis bintang neutron yang sangat padat. Dalam bintang neutron yang khas, tekanan gravitasi sangat luar biasa sehingga proton dan elektron tidak lagi ada. Energi dan muatan mereka melebur menjadi satu, tidak meninggalkan apa-apa selain massa neutron yang nyaman.
Fisikawan telah menduga bahwa, pada kerapatan ekstrim, di bintang yang paling kompak, neutron yang berdekatan di dalam inti dapat dengan sendirinya terurai menjadi serpihan bagian penyusun.
Bintang neutron ... akan menjadi bintang kuark.
Para ilmuwan percaya bahwa memahami fisika pentaquark dapat menjelaskan cara kekuatan nuklir yang kuat beroperasi di bawah kondisi ekstrem seperti itu - tidak hanya dalam bintang neutron yang terlalu padat, tetapi mungkin bahkan dalam fraksi pertama sedetik setelah Big Bang. Analisis lebih lanjut juga harus membantu fisikawan memperbaiki pemahaman mereka tentang cara quark dapat dan tidak bisa digabungkan.
Data yang memunculkan penemuan ini - hasil 9-sigma kekalahan! - Keluar dari putaran pertama LHC (2010-2013). Dengan supercollider yang sekarang beroperasi dua kali lipat dari kapasitas energi semula, fisikawan seharusnya tidak memiliki masalah untuk mengungkap misteri pentaquark lebih jauh.
Pra-cetak dari penemuan pentaquark, yang telah diserahkan ke jurnal Physical Review Letters, dapat ditemukan di sini.
