Загадочный кварк может существовать вечно

После десятилетий изучения загадок материи, физики предположили наличие странной гипотетической частицы, которая никогда не появлялась ни в одном эксперименте. Названная sexaquark, эта частица состоит из необычной связи сразу шести кварков различных ароматов.

Сексакварк со временем мог объяснить вечную загадочную тайну темной материи. И физики обнаружили, что если у сексакварка есть определенная масса, то такая частица могла бы жить вечно.

Причуды природы

Почти все, что мы знаем, состоит из супер-крошечных частиц, известных как кварки. Они являются неделимыми, точечными частицами; это проверено до масштаба примерно 10⁻¹⁶ см, что примерно в 20 тысяч раз меньше размера протона. Их шесть видов или, как говорят, «ароматов», с именами: нижний, верхний, странный, очарованный,  прелестный и истинный.

Верхние и нижние — самые легкие из всех, что делает их наиболее распространенными. (В физике элементарных частиц, чем вы тяжелее, тем больше вероятность того, что вы распадетесь на более мелкие и стабильные частицы.)

Протоны и нейтроны внутри нашего тела состоят из трио кварков; два верхних и один нижний образуют протон, а два нижних и один верхний образуют нейтрон. Из-за сложной природы сильной ядерной силы кваркам «нравится» проводить время группами по три, и это также является самой стабильной и наиболее распространенной конфигурацией.

Иногда в коллайдерах ученые создают частицы, каждая из которых состоит из пары кварков; эти конгломераты нестабильны и быстро распадаются на что-то другое. Иногда, если очень постараться, можно склеить пять кварков и заставить их побыть друг с другом — недолго, прежде чем они тоже превратятся в нечто другое.

И на сегодняшний день это все комбинации кварков, которые мы смогли изготовить. Однако еще может быть что-то неизвестное.

Кузница стихий

После десятилетий поисков в математических закоулках сильного ядерного взаимодействия физики обнаружили странную комбинацию, которая еще не появлялась в экспериментах: конструкция из шести кварков, состоящая из двух верхних, двух нижних и двух странных кварков: сексакварк.

Теории не предсказывают массу для него; это значение будет зависеть от точного расположения и взаимодействия отдельных кварков внутри этой частицы, поэтому физики-экспериментаторы должны выяснить это.

А что касается стабильности сексакварка? Расчеты показывают, что если его масса будет ниже определенного порога, он будет абсолютно стабильным всегда, то есть никогда не будет распадаться. И если масса будет немного больше этого порога, но все еще ниже определенного предела, тогда частица распадется, но в течение столь длительного периода времени, что она также может быть стабильной практически всегда.

Однако, если сексакварк так фантастически стабилен, почему его никогда не видели?

Любопытно, что диапазон стабильных масс для сексакварка падает ниже порога, который могут создать многие эксперименты с коллайдерами частиц. Эти инструменты были предназначены для изучения гораздо более редких, более тяжелых и гораздо более быстрых частиц. Другими словами, сексакварк может скрываться на виду, просто оставаясь незамеченным все эти годы.

Но коллайдеры частиц — не единственное место, где можно создать сексакварки. Самые ранние моменты Большого взрыва были неистовым очагом ядерной энергии, с температурами и давлением, достаточно высокими, чтобы выковать гелий и водород из супа кварков. И эта кузница, возможно, также наполнила нашу вселенную сексакварками вместе с остальными, более знакомыми субатомными персонажами.

Предварительные расчеты показывают, что если сексакварк является реальным веществом в пределах правильного диапазона масс, то он мог быть произведен в большом изобилии в ранней Вселенной.

Фактически, сексакварки могут все еще существовать, не взаимодействуя ни с чем, не распадаясь на что-либо еще — просто существуя, создавая дополнительные гравитационные притяжения, где бы они ни собирались, из-за их массы.

Невидимая частица, которая наводняет вселенную и взаимодействует только через гравитацию? Не напоминает ли это темную материю?

Свет в темноте

Чтобы сексакварк составлял темную материю, он должен существовать. Это в настоящее время является предметом обсуждения, потому что он никогда не был обнаружен в экспериментах на коллайдерах частиц. Но, как мы видели ранее, относительно легкая масса сексакварка может означать, что он мог проскользнуть незамеченным просто потому, что его не искали.

Но вот теперь положение дел начинает меняться. Детектор BaBar в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии действительно хорош для получения множества комбинаций кварков, включая некоторые действительно тяжелые, которые распадаются на более стабильные и более легкие структуры. BaBar также должен произвести и сексакварки, если они существуют в природе.

В статье, опубликованной 2 января в базе данных портала arXiv.org, сообщается о последнем результате: никаких признаков сексакварка не обнаружено. Но этот результат определен до уровня достоверности всего 90%.

Это означает, что если более массивные и менее стабильные комбинации кварков действительно распадаются на стабильные сексакварки, то они делают это очень редко, со скоростью только 1 распад на каждые 10 миллионов.

Исключает ли это сексакварк как кандидата на частицу темной материи? Не совсем. Возможно, условия ранней Вселенной позволили создать достаточное количество сексакварков, чтобы они могли объяснить количество темной материи, которое, по нашим оценкам, находится во Вселенной. Но новый результат действительно затрудняет использование этих гипотетических частиц для объяснения темной материи, по крайней мере, пока.