Sie haben vielleicht gehört, dass das CERN die Entdeckung (tatsächlich Bestätigung. Siehe Anhang unten) eines seltsamen Partikels namens Z (4430) angekündigt hat. Ein Artikel, der die Ergebnisse zusammenfasst, wurde auf dem Physik-Arxiv veröffentlicht, einem Aufbewahrungsort für Preprint-Physikpapiere (noch nicht von Experten begutachtet). Das neue Teilchen ist etwa viermal so massereich wie ein Proton, hat eine negative Ladung und scheint ein theoretisches Teilchen zu sein, das als Tetraquark bekannt ist. Die Ergebnisse sind noch jung, aber wenn diese Entdeckung Bestand hat, könnte dies Auswirkungen auf unser Verständnis von Neutronensternen haben.
Die Bausteine der Materie bestehen aus Leptonen (wie Elektronen und Neutrinos) und Quarks (die Protonen, Neutronen und andere Teilchen bilden). Quarks unterscheiden sich stark von anderen Teilchen darin, dass sie eine elektrische Ladung haben, die 1/3 oder 2/3 der des Elektrons und des Protons beträgt. Sie besitzen auch eine andere Art von "Ladung", die als Farbe bekannt ist. So wie elektrische Ladungen durch eine elektromagnetische Kraft interagieren, interagieren Farbladungen durch die starke Kernkraft. Es ist die Farbladung von Quarks, die die Atomkerne zusammenhält. Farbladung ist viel komplexer als elektrische Ladung. Bei elektrischer Ladung gibt es einfach positiv (+) und umgekehrt negativ (-). Bei der Farbe gibt es drei Typen (rot, grün und blau) und ihre Gegensätze (anti-rot, anti-grün und anti-blau).
Aufgrund der Funktionsweise der starken Kraft können wir niemals einen freien Quark beobachten. Die starke Kraft erfordert, dass sich Quarks immer zu einem farbneutralen Partikel zusammenschließen. Zum Beispiel besteht ein Proton aus drei Quarks (zwei nach oben und einer nach unten), wobei jeder Quark eine andere Farbe hat. Wenn Sie mit sichtbarem Licht rotes, grünes und blaues Licht hinzufügen, erhalten Sie weißes Licht, das farblos ist. Auf die gleiche Weise erhalten Sie durch die Kombination eines roten, grünen und blauen Quarks ein farbneutrales Partikel. Diese Ähnlichkeit mit den Farbeigenschaften von Licht ist der Grund, warum die Quarkladung nach Farben benannt ist.
Das Kombinieren eines Quarks jeder Farbe zu Dreiergruppen ist eine Möglichkeit, ein farbneutrales Partikel zu erzeugen, das als Baryonen bezeichnet wird. Protonen und Neutronen sind die häufigsten Baryonen. Eine andere Möglichkeit, Quarks zu kombinieren, besteht darin, einen Quark einer bestimmten Farbe mit einem Quark seiner Anti-Farbe zu kombinieren. Beispielsweise könnten sich ein grüner Quark und ein anti-grüner Quark zu einem farbneutralen Partikel verbinden. Diese Zwei-Quark-Partikel sind als Mesonen bekannt und wurden erstmals 1947 entdeckt. Beispielsweise besteht das positiv geladene Pion aus einem Up-Quark und einem Antiteilchen-Down-Quark.
Nach den Regeln der starken Kraft gibt es andere Möglichkeiten, wie Quarks sich zu einem neutralen Teilchen verbinden können. Einer davon, der Tetraquark, kombiniert vier Quarks, wobei zwei Partikel eine bestimmte Farbe haben und die anderen beiden die entsprechenden Antifarben haben. Andere, wie der Pentaquark (3 Farben + ein Farb-Anti-Farb-Paar) und der Hexaquark (3 Farben + 3 Anti-Farben), wurden vorgeschlagen. Bisher waren alle diese Hypothesen hypothetisch. Während solche Partikel farbneutral wären, ist es auch möglich, dass sie nicht stabil sind und einfach in Baryonen und Mesonen zerfallen.
Es gab einige experimentelle Hinweise auf Tetraquarks, aber dieses neueste Ergebnis ist der stärkste Beweis dafür, dass 4 Quarks ein farbneutrales Partikel bilden. Dies bedeutet, dass sich Quarks auf viel komplexere Weise verbinden können, als wir ursprünglich erwartet hatten, und dies hat Auswirkungen auf die innere Struktur von Neutronensternen.
Das traditionelle Modell eines Neutronensterns besteht ganz einfach darin, dass er aus Neutronen besteht. Neutronen bestehen aus drei Quarks (zwei nach unten und einer nach oben), aber es wird allgemein angenommen, dass Teilchenwechselwirkungen innerhalb eines Neutronensterns Wechselwirkungen zwischen Neutronen sind. Mit der Existenz von Tetraquarks ist es möglich, dass Neutronen im Kern stark genug interagieren, um Tetraquarks zu erzeugen. Dies könnte sogar zur Bildung von Pentaquarks und Hexaquarks führen, oder sogar, dass Quarks einzeln interagieren könnten, ohne in farbneutrale Partikel gebunden zu sein. Dies würde ein hypothetisches Objekt erzeugen, das als Quarkstern bekannt ist.
Dies ist zu diesem Zeitpunkt alles hypothetisch, aber nachgewiesene Hinweise auf Tetraquarks werden Astrophysiker dazu zwingen, einige der Annahmen, die wir über das Innere von Neutronensternen haben, erneut zu untersuchen.
Nachtrag: Es wurde darauf hingewiesen, dass die Ergebnisse des CERN keine ursprüngliche Entdeckung sind, sondern vielmehr eine Bestätigung früherer Ergebnisse durch die Belle Collaboration. Die Belle-Ergebnisse finden Sie in einem Artikel aus dem Jahr 2008 in Physical Review Letters sowie in einem Artikel aus dem Jahr 2013 in Physical Review D. Also Kredit, wo Kredit fällig ist.
