Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), ogromny akcelerator cząstek, nadal przesuwa granice nauki, a w ostatnich eksperymentach z jego udziałem naukowcy odkryli coś, co może być pierwszym potencjalnym dowodem na istnienie subatomowej kwazicząstki, zwanej odderon, która do tej pory istniała tylko w teorii. … Uzyskane wyniki dotyczą hadronów, rodziny cząstek elementarnych, w skład której wchodzą protony i neutrony, które składają się z kwarków „sklejonych” z gluonami.
W swoich eksperymentach z LHC naukowcy zastosowali specjalny tryb działania akceleratora, w którym zderzające się protony pozostają nienaruszone, a nie niszczone, generując całe pęki cząstek wtórnych. Wcześniej, podczas podobnych eksperymentów zauważono, że w takich zderzeniach protony nie tylko odlatują od siebie, ale potrafią bardzo szybko wymienić kilka gluonów. W tym przypadku liczba „wymiany” gluonów była zawsze jeszcze wcześniejsza.
Ostatecznie naukowcy nie znaleźli samego dziwadonu, ale naukowcy zaobserwowali pewne efekty, które mogą wskazywać na jego obecność. Fizycy używali protonów, które mają duże energie, co pozwoliło im uzyskać dokładniejsze pomiary. A w wynikach tych pomiarów stwierdzono przypadki wymiany między protonami o nieparzystej liczbie gluonów, co w ogóle nie pasuje do wszystkich istniejących modeli takich procesów. Naukowcy uważają, że to dziweron, kwazicząstka składająca się w tym przypadku z trzech, pięciu, siedmiu lub więcej nieparzystych liczb gluonów, odpowiada za tę rozbieżność, która tworzy się przez krótki czas w momencie zderzenia protonów.
„Uzyskane wyniki nie przełamują istniejącego modelu standardowego fizyki cząstek elementarnych. W tym modelu występuje wiele „ciemnych plam”, a nasza praca pozwoliła nam „oświetlić” tylko jeden z tych obszarów i dodać do niego kolejny nowy szczegół”- mówi fizyk cząstek elementarnych i podelementów Timothy Raben z University of Kansas.
Do poszukiwań wykorzystano bardzo czułe czujniki eksperymentu TOTEM, zainstalowane w czterech kluczowych punktach tunelu zderzacza, gdzie wiązki protonów „krzyżują się” i co sekundę dochodzi do miliardów zderzeń.
„Jednym z możliwych wyjaśnień, dlaczego protony mogą zderzać się bez zniszczenia, jest dziweron, ale w praktyce naukowcy nigdy tego nie zaobserwowali. Być może po raz pierwszy uzyskano prawdziwy dowód na istnienie tych kwazicząstek”- komentuje Simona Giani, rzeczniczka grupy fizyków pracujących nad eksperymentem TOTEM, będącym częścią ogólnego poszukiwania kwazicząstek.
Dla laika jest to raczej trudne do zrozumienia, więc naukowcy wyjaśniają to na przykładzie autotransportera przewożącego samochody w przyczepie.
„Wyobraź sobie, że protony to dwie duże ciężarówki przewożące samochody. Często można je zobaczyć na drogach”- wyjaśnia Raben.
Film promocyjny:
„Teraz wyobraź sobie, że te dwie ciężarówki zderzają się ze sobą, ale po wypadku ciężarówki pozostają nienaruszone, ale samochody, które przewoziły, będą latać w różnych kierunkach. Jednocześnie w powietrzu powstają dosłownie nowe samochody. Energia przechodzi w stan skupienia”.
„Fizycy polowali na teoretyczne dziwactwa od kilkudziesięciu lat, począwszy od lat siedemdziesiątych. Jednak ówczesne możliwości technologiczne po prostu nie świadczyły o istnieniu Odderonów”- dodaje Raben.
Ponad 100 naukowców z ośmiu krajów wzięło udział w eksperymentach mających na celu znalezienie dziwaków. Miliardy par protonów przyspieszały wewnątrz LHC co sekundę. Dzięki modernizacji zderzacza hadronów w 2015 roku szczytowy poziom energii przyspieszonych protonów wyniósł 13 TeV.
Chociaż badacze nie byli w stanie bezpośrednio obserwować Odderon, byli świadkami jego skutków i mają nadzieję na uzyskanie bardziej przejrzystych wyników w przyszłości. Naukowcy uważają, że kolejna modernizacja LHC pozwoli na ich uzyskanie, co pozwoli na przyspieszenie cząstek do jeszcze wyższych wskaźników energetycznych.
„Spodziewamy się świetnych wyników w ciągu najbliższych kilku lat” - skomentował Christophe Royon z University of Kansas.
Wyniki bieżących prac zostały opublikowane w serwisie ArXiv.org i obecnie oczekują na ocenę przez innych ekspertów.
Nikolay Khizhnyak