Nach jahrzehntelangem Stöbern in der Mathematik hinter dem Klebstoff, der die Innereien aller Materie zusammenhält, haben Physiker ein seltsames hypothetisches Teilchen gefunden, das in keinem Experiment aufgetaucht ist. Der als Sexaquark bezeichnete Oddball besteht aus einem funky Arrangement aus sechs Quarks verschiedener Geschmacksrichtungen.
Der Sexaquark ist nicht nur eine cool klingende Figur, sondern könnte auch das immer verrückter werdende Geheimnis der Dunklen Materie erklären. Und Physiker haben herausgefunden, dass das Teilchen für immer leben könnte, wenn der Sexaquark eine bestimmte Masse hat.
Quarks der Natur
Fast alles, was Sie wissen und lieben, besteht aus winzigen Partikeln, die als Quarks bekannt sind. Es gibt sechs von ihnen, die aus verschiedenen nerdigen Gründen die Namen von oben, unten, oben, unten, seltsam und charmant tragen. Die Up- und Down-Sorten sind die leichtesten der Gruppe, was sie bei weitem zu den häufigsten macht. (In der Teilchenphysik ist es umso wahrscheinlicher, dass Sie in kleinere, stabilere Dinge zerfallen, je schwerer Sie sind.)
Die Protonen und Neutronen in Ihrem Körper bestehen alle aus drei Quarks. Zwei Höhen und Tiefen ergeben ein Proton, und zwei Tiefen und ein Bild ergeben ein Neutron. In der Tat genießen es Quarks aufgrund der komplizierten Natur der starken Kraft wirklich, in Dreiergruppen abzuhängen, und das ist bei weitem auch die stabilste und häufigste Konfiguration.
Gelegentlich erzeugen wir in unseren Partikelkollidern Partikel, die jeweils aus einem Paar Quarks bestehen. Diese Konglomerate sind instabil und zerfallen schnell in etwas anderes. Manchmal, wenn wir uns wirklich anstrengen, können wir fünf Quarks zusammenkleben und sie - kurz - gut miteinander spielen lassen, bevor auch sie in etwas anderes zerfallen.
Und bis heute sind dies alle Kombinationen von Quarks, die wir herstellen konnten.
Es kann jedoch etwas Fremdes geben.
Die Schmiede der Elemente
Nach jahrzehntelangem Stöbern in den mathematischen Ecken der starken Kernkraft fanden die Physiker eine seltsame Kombination, die in unseren Experimenten noch nicht aufgetaucht ist: eine Anordnung von sechs Quarks, bestehend aus zwei Höhen, zwei Tiefen und zwei Strängen: dem Sexaquark.
Theorien sagen keine Masse für den Sexaquark voraus; Dieser Wert würde von der genauen Anordnung und Wechselwirkung der einzelnen Quarks in diesem Teilchen abhängen. Es liegt also an den Experimentalphysikern, ihn herauszufinden. Und was die Stabilität des Sexaquarks betrifft? Berechnungen legen nahe, dass seine Masse, wenn sie unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, für immer absolut stabil ist, was bedeutet, dass sie niemals zerfallen würde. Und wenn die Masse etwas größer ist, aber immer noch unter einer bestimmten Schwelle liegt, würde das Teilchen zerfallen, aber über so lange Zeiträume, dass es genauso gut für immer stabil sein könnte.
Also, wenn es stabil ist, warum haben wir es nie gesehen?
Seltsamerweise unterschreitet der Bereich stabiler Massen für den Sexaquark die Schwelle, die viele Partikelkollider-Experimente erzeugen können; Diese Werkzeuge wurden entwickelt, um viel seltenere, viel schwerere und flüchtigere Partikel zu untersuchen. Mit anderen Worten, der Sexaquark versteckt sich möglicherweise in Sichtweite, nachdem er all die Jahre einfach unter dem Radar geflogen ist.
Aber Partikelkollider sind nicht der einzige Ort, an dem Sexaquarks hergestellt werden. Die frühesten Momente des Urknalls waren eine hektische Brutstätte von Kernenergien mit Temperaturen und Drücken, die hoch genug waren, um Helium und Wasserstoff aus einer rohen Quarksuppe zu schmieden. Und diese Schmiede hat möglicherweise auch unseren Kosmos mit Sexaquarks überflutet, zusammen mit all den bekannteren subatomaren Charakteren.
Vorläufige Berechnungen legen nahe, dass der Sexaquark, wenn er eine reale Sache innerhalb des richtigen Massenbereichs ist, im frühen Universum in lächerlicher Fülle hergestellt worden sein könnte. Und es hätte dieses jugendliche Inferno überleben können. Tatsächlich können Sexaquarks immer noch existieren, die nicht wirklich mit irgendetwas interagieren, nicht wirklich in irgendetwas anderes zerfallen - nur existieren und aufgrund ihrer Masse zusätzliche Anziehungskräfte erzeugen, wo immer sie sich sammeln.
Ein unsichtbares Teilchen, das das Universum überflutet und nur durch die Schwerkraft interagiert? Bingo. Das ist dunkle Materie.
Ein Licht im Dunkeln
Damit der Sexaquark dunkle Materie bilden kann, muss er tatsächlich existieren. Dies ist derzeit umstritten, da das Objekt in einem Partikelkollider-Experiment noch nie entdeckt wurde. Aber wie wir bereits gesehen haben, kann die relativ leichte Masse des Sexaquarks bedeuten, dass er unbemerkt vorbeigehen konnte, einfach weil wir nicht danach gesucht haben.
Aber das beginnt sich zu ändern. Der BaBar-Detektor im SLAC National Accelerator Laboratory in Kalifornien ist wirklich gut darin, viele Kombinationen von Quarks zu produzieren, einschließlich einiger wirklich schwerer, die zu stabileren und vernünftigeren Anordnungen zerfallen. BaBar sollte auch eine Stoßfrucht von Sexaquarks produzieren, falls vorhanden.
Ein am 2. Januar in der arXiv-Datenbank veröffentlichtes Papier hat das neueste Ergebnis gemeldet: keine Anzeichen für den Sexaquark. Dieser Befund ist jedoch mit einem Konfidenzniveau von nur 90% sicher. Das heißt, wenn die massereicheren und weniger stabilen Kombinationen von Quarks in stabile Sexaquarks zerfallen, tun sie dies sehr selten, mit einer Rate von nur 1 Zerfall pro 10 Millionen.
Schließt dies den Sexquark als Kandidat für die Dunkle Materie aus? Nicht ganz. Es könnte sein, dass die Bedingungen des frühen Universums es ermöglichten, genügend Sexaquarks zu erstellen, um die Menge an dunkler Materie zu erklären, die wir im Universum schätzen. Das neue Ergebnis macht es jedoch schwierig, den Sexaquark zur Erklärung der Dunklen Materie zu verwenden.
Netter Versuch, Sexaquark, aber keine Zigarre - zumindest noch nicht.
Paul M. Sutter ist Astrophysiker beisonnig Stony Brook und das Flatiron Institute, Gastgeber vonFragen Sie einen Raumfahrer undWeltraumradiound Autor vonDein Platz im Universum.
