Czy istnieją cząstki o zerowym ładunku elektrycznym i niezerowym ładunku kolorowym?

Pytanie

Pyta jerzy

Wszystkie cząstki tworzące „naszą” materię mogą mieć dowolny ładunek elektryczny, natomiast ich ładunek kolorowy zawsze jest zerowy (biały). Czy mogłyby (przynajmniej teoretyczne) istnieć cząstki o obowiązkowo zerowym ładunku elektrycznym, lecz niezerowym ładunku kolorowym? Jeśli tak, to czy mogłyby one pomóc wyjaśnić czym jest ciemna materia?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Ważnym składnikiem naszej materii są jądra atomowe składające się z protonów i neutronów. Protony i neutrony składają się z kwarków i gluonów. Kwarki mają niezerowe ładunki elektryczne i kolorowe. Gluony mają zerowe ładunki elektryczne i niezerowe kolorowe. Zderzając w LHC dwa protony z energią wystarczającą na produkcję cząstek tysiące razy cięższych obserwujemy strumienie cząstek (tzw. dżety) odpowiadające kierunkom lotu kwarków i gluonów, ale cząstki w strumieniu są wyłącznie cząstkami o zerowych ładunkach kolorowych (stanami związanymi kwarków i gluonów lub cząstkami nieoddziałującymi silnie). Interpretujemy ten fakt jako przejaw tzw. uwięzienia kwarków i gluonów, czyli twierdzimy, że cząstki o niezerowych ładunkach kolorowych nie istnieją jako cząstki swobodne. Mamy wiele przesłanek teoretycznych i doświadczalnych aby tak twierdzić, choć nikomu nie udało się jak dotąd ściśle matematycznie udowodnić tego faktu wychodząc od postulatów teorii oddziaływań silnych.

Przyjmując za pewnik niemożliwość istnienia cząstek swobodnych o niezerowych ładunkach kolorowych, możemy zadać pytanie czy ciemną materię mogłyby tworzyć cząstki neutralne kolorowo (białe), ale biorące udział w oddziaływaniach silnych. Ta hipoteza jest wykluczona ze względu na brak obserwacji oddziaływań ciemnej materii z nukleonami w wielu bardzo czułych eksperymentach przeprowadzonych na Ziemi.