Etter tiår med å pirke rundt i regnestykket bak limet som holder innersiden av all materie sammen, har fysikere funnet en underlig hypotetisk partikkel, en som aldri har dukket opp i noe eksperiment. Oddball kalles en sexaquark, og består av et funky arrangement med seks kvarker av forskjellige smaker.
Foruten å være en kult-klingende karakter, kunne sexkvarken til slutt forklare mørke materiens stadig vanvittige mysterium. Og fysikere har funnet ut at hvis sexkvarken har en bestemt masse, kunne partikkelen leve for alltid.
Naturens kvarks
Nesten alt du vet og elsker er laget av bittesmå partikler kjent som kvarker. Det er seks av dem, gitt navnene, av forskjellige nerdete grunner, av opp, ned, topp, bunn, rart og sjarm. Opp- og nedvariantene er den letteste av gjengen, noe som gjør dem langt de vanligste. (I partikkelfysikk, jo tyngre du er, desto mer sannsynlig er det at du forfaller til mindre, stabler ting.)
Protonene og nøytronene i kroppen din er alle sammensatt av trioer med kvarker; to ups and a down lager et proton, og to downs and a up lager et nøytron. På grunn av den kompliserte naturen til den sterke styrken, liker kvarker virkelig å henge med i grupper på tre, og det er også uten tvil den mest stabile og vanligste konfigurasjonen.
Noen ganger i partikkeloppsamlerne lager vi partikler som hver består av et par kvarker; disse konglomerasjonene er ustabile og forfaller raskt til noe annet. Noen ganger, når vi prøver veldig hardt, kan vi lime fem kvarker sammen og få dem til å spille pent med hverandre - kort - før de også forfaller til noe annet.
Og til dags dato er det alle kombinasjonene av kvarker som vi har klart å produsere.
Imidlertid kan det være noe fremmed.
Smien av elementene
Etter tiår med å pirke rundt de matematiske hjørnene til den sterke kjernefysiske styrken, fant fysikere en merkelig kombinasjon som ennå ikke skal vises i våre eksperimenter: et arrangement på seks kvarker, bestående av to oppturer, to nedturer og to flanger: sexkvarken.
Teorier spår ikke en masse for sexkvarken; denne verdien vil avhenge av den nøyaktige innretningen og samspillet mellom de enkelte kvarkene inne i den partikkelen, så det er opp til eksperimentfysikerne å hive den ut. Og når det gjelder sexkvarkens stabilitet? Beregninger antyder at hvis massen faller under en viss terskel, ville den være helt stabil for alltid, noe som betyr at den aldri ville forfalle. Og hvis massen er litt større enn det, men fremdeles under en viss terskel, ville partikkelen forfalle, men over så lange tidsskalaer at den like gjerne kan være stabil for alltid.
Så hvis det er stabilt, hvorfor har vi ikke sett det noen gang?
Merkelig nok faller rekke stabile masser for sexkvarken under terskelen til hva mange partikkelcolliderforsøk kan lage; disse verktøyene ble designet for å studere mye sjeldnere, mye tyngre, mye mer flyktige partikler. Med andre ord kan sexkaffen gjemme seg i synet, og har ganske enkelt flydd under radaren i alle disse årene.
Men partikkelkolliderere er ikke det eneste stedet å lage sexkvark. De første øyeblikkene av Big Bang var et frenetisk arnested for kjernenergier, med temperaturer og trykk høyt nok til å smi helium og hydrogen ut av en rå suppe med kvarker. Og den smia kan også ha oversvømmet kosmos vårt med sexkvarks, sammen med alle de mer kjente subatomære karakterene.
Foreløpige beregninger antyder at hvis sexkvarken er en ekte ting innenfor riktig rekkevidde av massene, kunne det ha blitt produsert i latterlig overflod i det tidlige universet. Og det kunne ha overlevd det ungdommelige infernoet. Faktisk kan sexaquarks fremdeles eksistere, ikke egentlig samhandle med noe, ikke egentlig forfalne til noe annet - bare eksisterende, og skape ekstra gravitasjonstrekk uansett hvor de samler seg, på grunn av deres masse.
En usynlig partikkel som oversvømmer universet og som bare samvirker gjennom tyngdekraften? Bingo. Det er mørk materie.
Et lys i mørket
For at sexkvarken skal utgjøre mørk materie, må den faktisk eksistere. Dette er for tiden gjenstand for debatt, fordi objektet aldri har blitt oppdaget i et partikkelcolliderforsøk. Men som vi så tidligere, kan sexkvarkens relativt lette masse bety at den har vært i stand til å gli uten oppmerksomhet, ganske enkelt fordi vi ikke har lett etter det.
Men det begynner å endre seg. BaBar-detektoren ved SLAC National Accelerator Laboratory i California er virkelig god til å produsere mange kombinasjoner av kvarker, inkludert noen virkelig tunge som forfaller til stabler og mer fornuftige arrangementer. BaBar bør også produsere en støtfanger avling av sexaquarks, hvis de finnes.
Et papir som ble publisert 2. januar til arXiv-databasen, har rapportert det siste resultatet: ingen tegn til sexkvisten. Men dette funnet er sikkert til et tillitsnivå på bare 90%. Det betyr at hvis de mer massive og mindre stabile kombinasjonene av kvark forfaller til stabile sexkvarker, gjør de det veldig sjelden, med en hastighet på bare 1 forfall hver 10 million.
Utelukker dette sexkvarken som en mørk materiekandidat? Ikke helt. Det kan være slik at forholdene i det tidlige universet tillot at det ble gjort nok sexkaverker til at de kunne redegjøre for mengden mørk materie som vi estimerer å være i universet. Men det nye resultatet gjør det vanskelig å bruke sexkvarken til å forklare mørk materie.
Hyggelig forsøk, sexaquark, men ingen sigar - i det minste ennå ikke.
Paul M. Sutter er en astrofysiker hosSUNY Stony Brook og Flatiron Institute, vert forSpør en Spaceman ogSpace Radio, og forfatter avDin plass i universet.
