У прискорювачі заряджених частинок Великому адронному колайдері (ВАК) фізики, ймовірно, натрапили на слід одерону – по 40 роках пошуків. Дотепер існування цієї квантової частинки обґрунтовували лише теоретично. Вона виникає, коли протони стикаються й обмінюються непарною кількістю глюонів замість парної. Дані детектора TOTEM, що на ВАК, засвідчують: такі одерони виникають при високих енергетичних зіткненнях.
При зіткнення протонів на ВАК можуть виникати квазічастинки, існування яких дотепер було лише теоретично обґрунтоване. Зображення: CERN.
У світі елементарних частинок існують не лише справжні частинки, як кварки, протони чи електрони, а й квазічастинки. Вони становлять собою поєднання маленьких частинок, які поводяться як злитки: на короткий час вони володіють спільною масою, енергією або довжиною хвиль і на певний імпульс реагують як одна частинка. До таких квазічастинок належать, зокрема, короткочасні пари з частинки та її античастинки, як ферміон Майорани чи квантові краплини в напівпровіднику.
Тепер фізики на ЦЕРН (Європейська організація з ядерних досліджень, CERN) натрапили на слід ще однієї квазічастинки – одерону. Він виникає, коли протони стикаються, але не руйнуються цілком. При цьому вони взаємодіють, і протони обмінюють глюонами – частинками, що вступають у сильну взаємодію.
«Протони взаємодіють як два автотранспортери під час нещасного випадку на трасі, – пояснив Тімоті Рабен (Timothy Raben) з Канзаського університету. – Коли вантажівки стикаються, то сильно руйнуються, але авто, прикріплені до них, викидає». У випадку протонової колізії дотепер спостерігали лише парну кількість елементів, яких викидало – йдеться про глюони.
Проте вже понад 40 років фізики припускають, що мала б відбуватися взаємодія і з непарною кількістю глюонів. З огляду на те, що ці глюони разом поводяться як одна частинка, їх назвали одероном (від англійського «odd» – «непарний»). «З 70-их рр. ХХ століття ми їх шукали», – сказав Крістоф Ройон (Christophe Royon), колега Рабена. Проте потужності прискорювача частинок не вистачало, аби виявити одерони. Дотепер.
Після другого запуску Великого адронного колайдера на ЦЕРН протони можуть вдарятися один в одного з енергією 13 тераелектронвольт. Більшість колізій призводять до руйнування протонів, проте детектор TOTEM на ВАК призначений для перехоплення протонів, які пережили ці зіткнення.
Детектор TOTEM не може безпосередньо довести існування одеронів. Проте існують певні особливості випромінювання, що засвідчують їхнє існування. «Коли має місце справді висока енергія, то залишається сигнатура, яку можна виміряти», – пояснив Рабен. Власне цю сигнатуру змогли зафіксувати фізики завдяки експериментам на TOTEM.
Вчені пояснюють: у даних другого запуску існують докази того, що при зіткненні протонів змінюється непарна кількість глюонів. «Ми отримали показники, що не сумісні з моделлю парної кількості глюонів», – повідомив Ройон. Він пояснив, що для цього вирішальним був так званий параметр Rho – величина, яку вимірюють на підставі поведінки сигнатур під час зіткнення різних енергій.
«Так ми, мабуть, вперше спостерегли обмін непарною кількістю глюонів, – сказав Ройон. – Результати, отримані на підставі даних TOTEM, пасують до теоретичної моделі обміну трьома безбарвними глюонами в сплутаному стані». Але може йтися і про п’ять, сім і навіть більше глюонів, якими обмінялися.
Дані ще не достатньо однозначні, щоб офіційно говорити про відкриття чи доказ. Але якщо існування одеронів підтвердиться, тоді це надасть цінні свідчення про субатомну взаємодію. «Це не спростовує всю стандартну модель, – наголошує Рабен. – Але дотепер ще існують її недосліджені ділянки, і наше дослідження могло б кинути світло на одну з них».
LHC: Exotische "Odderons" entdeckt?
University of Kansas, 05.02.2018
Зреферувала Соломія Кривенко
08.02.2018