Μπορεί να έχετε ακούσει ότι το CERN ανακοίνωσε την ανακάλυψη (επιβεβαίωση, στην πραγματικότητα. Βλέπε προσθήκη παρακάτω.) Ενός παράξενου σωματιδίου γνωστού ως Z (4430). Ένα έγγραφο που συνοψίζει τα αποτελέσματα έχει δημοσιευτεί στο physics arxiv, το οποίο είναι ένα αποθετήριο για προτύπους (δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από ομοτίμους). Το νέο σωματίδιο είναι περίπου 4 φορές πιο ογκώδες από ένα πρωτόνιο, έχει αρνητικό φορτίο και φαίνεται να είναι ένα θεωρητικό σωματίδιο γνωστό ως τετρακάρκο. Τα αποτελέσματα είναι ακόμη μικρά, αλλά αν η ανακάλυψη αυτή διατηρηθεί, θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στην κατανόηση των αστεριών νετρονίων.
Τα δομικά στοιχεία της ύλης είναι κατασκευασμένα από λεπτόνια (όπως το ηλεκτρόνιο και τα νετρίνα) και τα κουάρκ (που αποτελούν πρωτόνια, νετρόνια και άλλα σωματίδια). Τα κουάρκ είναι πολύ διαφορετικά από άλλα σωματίδια στο ότι έχουν ηλεκτρικό φορτίο που είναι 1/3 ή 2/3 από αυτό του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου. Έχουν επίσης ένα διαφορετικό είδος «φόρτισης» γνωστό ως χρώμα. Ακριβώς όπως τα ηλεκτρικά φορτία αλληλεπιδρούν μέσω μιας ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, τα χρωματικά φορτία αλληλεπιδρούν μέσω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Είναι το χρωματικό φορτίο των κουάρκ που λειτουργεί για να συγκρατεί τους πυρήνες των ατόμων μαζί. Το φορτίο χρώματος είναι πολύ πιο περίπλοκο από το ηλεκτρικό φορτίο. Με ηλεκτρικό φορτίο υπάρχει απλώς θετικό (+) και το αντίθετο, αρνητικό (-). Με χρώμα, υπάρχουν τρεις τύποι (κόκκινο, πράσινο και μπλε) και τα αντίθετά τους (αντι-κόκκινο, αντι-πράσινο και αντι-μπλε).
Λόγω του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί η ισχυρή δύναμη, δεν μπορούμε ποτέ να παρατηρήσουμε ένα ελεύθερο κουάρκ. Η ισχυρή δύναμη απαιτεί τα κουάρκ να ομαδοποιούνται πάντα για να σχηματίσουν ένα σωματίδιο που είναι ουδέτερο χρώμα. Για παράδειγμα, ένα πρωτόνιο αποτελείται από τρία κουάρκ (δύο πάνω και ένα κάτω), όπου κάθε κουάρκ έχει διαφορετικό χρώμα. Με ορατό φως, η προσθήκη κόκκινου, πράσινου και μπλε φωτός σας δίνει λευκό φως, το οποίο είναι άχρωμο. Με τον ίδιο τρόπο, ο συνδυασμός κόκκινου, πράσινου και μπλε κουάρκ σάς δίνει ένα σωματίδιο που είναι ουδέτερο χρώμα. Αυτή η ομοιότητα με τις χρωματικές ιδιότητες του φωτός είναι ο λόγος για τον οποίο το φορτίο κουάρκ ονομάζεται από χρώματα.
Ο συνδυασμός ενός κουάρκ κάθε χρώματος σε ομάδες των τριών είναι ένας τρόπος δημιουργίας ενός ουδέτερου χρώματος σωματιδίου, και αυτά είναι γνωστά ως baryons. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι τα πιο κοινά βαρυόνια. Ένας άλλος τρόπος για να συνδυάσετε τα κουάρκ είναι να συνδυάσετε ένα κουάρκ ενός συγκεκριμένου χρώματος με ένα κουάρκ του αντι-χρώματος. Για παράδειγμα, ένα πράσινο κουάρκ και ένα αντι-πράσινο κουάρκ θα μπορούσαν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν ένα ουδέτερο χρώμα σωματίδιο. Αυτά τα σωματίδια δύο-κουάρκ είναι γνωστά ως μεσόνια, και ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1947. Για παράδειγμα, το θετικά φορτισμένο πιόνιο αποτελείται από ένα επάνω κουάρκ και ένα αντι-σωματιδιακό κάτω κουάρκ.
Σύμφωνα με τους κανόνες της ισχυρής δύναμης, υπάρχουν και άλλοι τρόποι συνδυασμού των κουάρκ για να σχηματίσουν ένα ουδέτερο σωματίδιο. Ένα από αυτά, το τετρακάρ, συνδυάζει τέσσερα κουάρκ, όπου δύο σωματίδια έχουν ένα συγκεκριμένο χρώμα και τα άλλα δύο έχουν τα αντίστοιχα αντι-χρώματα. Άλλα, όπως το pentaquark (3 χρώματα + ένα χρωματικό ζεύγος αντι-χρώματος) και το hexaquark (3 χρώματα + 3 αντι-χρώματα) έχουν προταθεί. Αλλά μέχρι στιγμής όλα αυτά ήταν υποθετικά. Ενώ τέτοια σωματίδια θα ήταν ουδέτερα από το χρώμα, είναι επίσης πιθανό ότι δεν είναι σταθερά και απλώς αποσυντίθενται σε βαρυόνια και μεσόνια.
Υπήρξαν κάποιες πειραματικές ενδείξεις τετρακουάρ, αλλά αυτό το τελευταίο αποτέλεσμα είναι η ισχυρότερη ένδειξη 4 κουάρκ που σχηματίζουν ένα σωματίδιο ουδέτερο χρώμα. Αυτό σημαίνει ότι τα κουάρκ μπορούν να συνδυαστούν με πολύ πιο περίπλοκους τρόπους από ό, τι αρχικά περιμέναμε, και αυτό έχει επιπτώσεις στην εσωτερική δομή των αστεριών νετρονίων.
Πολύ απλά, το παραδοσιακό μοντέλο ενός άστρου νετρονίων είναι ότι είναι κατασκευασμένο από νετρόνια. Τα νετρόνια αποτελούνται από τρία κουάρκ (δύο κάτω και ένα πάνω), αλλά γενικά πιστεύεται ότι οι αλληλεπιδράσεις σωματιδίων μέσα σε ένα αστέρι νετρονίων είναι αλληλεπιδράσεις μεταξύ νετρονίων. Με την ύπαρξη τετρακάρων, είναι δυνατό τα νετρόνια εντός του πυρήνα να αλληλεπιδρούν αρκετά έντονα για να δημιουργήσουν τετρακουάρ. Αυτό θα μπορούσε ακόμη και να οδηγήσει στην παραγωγή πεντακουάρκ και εξαακουάρ, ή ακόμη και ότι τα κουάρκ θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν χωριστά χωρίς να δεσμευτούν σε ουδέτερα χρώματα σωματίδια. Αυτό θα παράγει ένα υποθετικό αντικείμενο γνωστό ως αστέρι κουάρκ.
Όλα αυτά είναι υποθετικά σε αυτό το σημείο, αλλά επαληθευμένα στοιχεία τετρακάρκων θα αναγκάσουν τους αστροφυσικούς να επανεξετάσουν μερικές από τις υποθέσεις που έχουμε σχετικά με το εσωτερικό των αστεριών νετρονίων.
Προσθήκη: Έχει επισημανθεί ότι τα αποτελέσματα του CERN δεν είναι μια αρχική ανακάλυψη, αλλά μάλλον επιβεβαίωση των προηγούμενων αποτελεσμάτων από τη Συνεργασία Belle. Τα αποτελέσματα του Belle μπορούν να βρεθούν σε ένα έγγραφο του 2008 στο Physical Review Letters, καθώς και σε ένα έγγραφο του 2013 στο Physical Review D. Έτσι, πίστωση όπου οφείλεται η πίστωση.
