Sau nhiều thập kỷ chọc vào toán học đằng sau lớp keo giữ các phần bên trong của mọi vật chất với nhau, các nhà vật lý đã tìm thấy một hạt giả thuyết kỳ lạ, một hạt chưa từng xuất hiện trong bất kỳ thí nghiệm nào. Được gọi là sexaquark, lẻ bóng được tạo thành từ một sự sắp xếp sôi nổi của sáu quark có hương vị khác nhau.
Bên cạnh việc là một nhân vật nghe có vẻ lạnh lùng, cuối cùng, sexaquark có thể giải thích bí ẩn chưa từng có của vật chất tối. Và các nhà vật lý đã phát hiện ra rằng nếu sexaquark có khối lượng riêng, hạt có thể sống mãi mãi.
Quark của tự nhiên
Hầu hết mọi thứ bạn biết và yêu thích đều được tạo thành từ các hạt nhỏ gọi là quark. Có sáu người trong số họ, được đặt tên, vì nhiều lý do khác nhau, lên, xuống, trên, dưới, lạ và quyến rũ. Các giống lên và xuống là loại nhẹ nhất trong số đó, khiến chúng trở nên phổ biến nhất. (Trong vật lý hạt, bạn càng nặng, bạn càng có khả năng phân rã thành những thứ nhỏ hơn, cứng hơn.)
Các proton và neutron bên trong cơ thể bạn đều bao gồm bộ ba hạt quark; hai thăng trầm tạo thành một proton, và hai thăng trầm và tạo thành một neutron. Thật vậy, do tính chất phức tạp của lực mạnh, các quark thực sự thích đi chơi theo nhóm ba người, và đó cũng là cấu hình ổn định và phổ biến nhất.
Thỉnh thoảng trong các máy va chạm hạt của chúng tôi, chúng tôi tạo ra các hạt bao gồm một cặp quark; các tập đoàn này không ổn định và nhanh chóng phân rã thành một thứ khác. Đôi khi, khi chúng ta cố gắng thực sự, chúng ta có thể dán năm quark lại với nhau và khiến chúng chơi đùa vui vẻ với nhau - một thời gian ngắn - trước khi chúng cũng phân rã thành một thứ khác.
Và cho đến nay, đó là tất cả sự kết hợp của các quark mà chúng tôi có thể sản xuất.
Tuy nhiên, có thể có một cái gì đó xa lạ.
Sự giả mạo của các yếu tố
Sau nhiều thập kỷ chọc quanh các góc toán học của lực hạt nhân mạnh, các nhà vật lý đã tìm thấy một sự kết hợp kỳ lạ chưa xuất hiện trong các thí nghiệm của chúng tôi: một sự sắp xếp của sáu quark, bao gồm hai lần tăng, hai lần xuống và hai lần lạ: sexaquark.
Các lý thuyết không dự đoán một khối lượng cho sexaquark; giá trị này sẽ phụ thuộc vào sự sắp xếp và tương tác chính xác của các hạt quark riêng lẻ bên trong hạt đó, do đó, tùy thuộc vào các nhà vật lý thực nghiệm để phá hủy nó. Và đối với sự ổn định của sexaquark? Các tính toán cho thấy rằng nếu khối lượng của nó giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, nó sẽ hoàn toàn ổn định mãi mãi, có nghĩa là nó sẽ không bao giờ phân rã. Và nếu khối lượng lớn hơn một chút, nhưng vẫn dưới một ngưỡng nhất định, thì hạt sẽ phân rã, nhưng trong khoảng thời gian dài như vậy, nó có thể sẽ ổn định mãi mãi.
Vậy nếu nó ổn định, tại sao chúng ta chưa từng thấy nó?
Thật kỳ lạ, phạm vi khối lượng ổn định cho sexaquark rơi xuống dưới ngưỡng của những gì nhiều thí nghiệm máy va chạm hạt có thể tạo ra; những công cụ này được thiết kế để nghiên cứu các hạt hiếm hơn, nặng hơn, thoáng hơn nhiều. Nói cách khác, sexaquark có thể ẩn nấp trong tầm nhìn rõ ràng, chỉ đơn giản là bay dưới radar trong suốt những năm này.
Nhưng máy va chạm hạt không phải là nơi duy nhất để tạo ra sexaquarks. Những khoảnh khắc đầu tiên của Vụ nổ lớn là một nguồn năng lượng hạt nhân điên cuồng, với nhiệt độ và áp suất đủ cao để tạo ra heli và hydro từ một loại súp quark thô. Và lò rèn đó cũng có thể đã tràn ngập vũ trụ của chúng ta với các sexaquarks, cùng với tất cả các nhân vật hạ nguyên tử quen thuộc hơn.
Tính toán sơ bộ cho thấy rằng nếu sexaquark là một thứ có thật trong phạm vi quần chúng phù hợp, nó có thể đã được tạo ra trong sự phong phú lố bịch trong vũ trụ sơ khai. Và nó có thể sống sót qua địa ngục trẻ trung đó. Trên thực tế, sexaquarks vẫn có thể tồn tại, không thực sự tương tác với bất cứ thứ gì, không thực sự phân rã thành bất cứ thứ gì khác - chỉ tồn tại, tạo ra lực hấp dẫn thêm bất cứ nơi nào chúng thu thập, do khối lượng của chúng.
Một hạt vô hình tràn ngập vũ trụ và chỉ tương tác qua trọng lực? Chơi lô tô. Đó là vật chất tối.
Một ánh sáng trong bóng tối
Để sexaquark tạo nên vật chất tối, nó phải thực sự tồn tại. Đó hiện đang là một chủ đề tranh luận, bởi vì đối tượng chưa bao giờ được phát hiện trong một thí nghiệm máy va chạm hạt. Nhưng như chúng ta đã thấy trước đó, khối lượng tương đối nhẹ của sexaquark có thể có nghĩa là nó có thể bị trượt do không được chú ý, đơn giản là vì chúng ta đã không tìm kiếm nó.
Nhưng đó là bắt đầu thay đổi. Máy dò BaBar tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc quốc gia SLAC ở California thực sự rất tốt trong việc tạo ra rất nhiều tổ hợp quark, bao gồm một số loại thực sự nặng phân rã thành stabler và sắp xếp hợp lý hơn. BaBar cũng nên tạo ra một vụ mùa bội thu của sexaquarks, nếu chúng tồn tại.
Một bài báo được xuất bản vào ngày 2 tháng 1 cho cơ sở dữ liệu arXiv đã báo cáo kết quả mới nhất: không có dấu hiệu nào của sexaquark. Nhưng phát hiện đó chắc chắn với mức độ tin cậy chỉ 90%. Điều đó có nghĩa là nếu các tổ hợp quark lớn hơn và kém ổn định hơn phân rã thành các sexa ổn định, thì chúng rất hiếm khi xảy ra, với tốc độ chỉ 1 phân rã trong mỗi 10 triệu.
Liệu điều này loại trừ sexquark như một ứng cử viên vật chất tối? Không hẳn. Có thể là các điều kiện của vũ trụ sơ khai đã cho phép đủ các giới tính được tạo ra để họ có thể tính đến lượng vật chất tối mà chúng ta ước tính có trong vũ trụ. Nhưng kết quả mới làm cho nó khó khăn khi sử dụng sexaquark để giải thích vật chất tối.
Hãy thử, sexaquark, nhưng không có xì gà - ít nhất, chưa.
Paul M. Sutter là một nhà vật lý thiên văn tạiCNY Stony Brook và Viện Flatiron, chủ nhà củaHỏi một người không gian vàĐài phát thanh không gianvà tác giả củaVị trí của bạn trong vũ trụ.
