Zvuči kao početak vrlo loše fizičke zagonetke: Ja sam čestica koja stvarno nije; Nestajem prije nego što me uopće mogu otkriti, ali se mogu vidjeti. Prekidam vaše razumijevanje fizike, ali nemojte preraditi vaše znanje. Tko sam ja?
To je odderon, čestica koja je čak neobičnija nego što mu ime sugerira, a možda je nedavno otkrivena i na Velikom hadronskom sudaraču, najmoćnijem atomaru za razbijanje atoma, gdje se čestice zatvaraju pri brzini svjetlosti, oko 17 milja ( 27 kilometara) prsten u blizini Ženeve u Švicarskoj.
Jednostavno je komplicirano
Prvo, odderon zapravo nije čestica. Ono što mi smatramo česticama obično je vrlo stabilno: elektroni, protoni, kvarkovi, neutrini i tako dalje. Možete držati gomilu njih u ruci i nositi ih sa sobom. K vragu, tvoja ruka je bukvalno napravljena od njih. A ruka vam uskoro ne nestaje u zraku, pa vjerojatno možemo pretpostaviti da su njezine temeljne čestice dugoročno prisutne.
Postoje i druge čestice koje ne traju dugo, ali još uvijek ih se može nazvati česticama. Unatoč kratkom vijeku života, oni su čestice. Slobodni su, neovisni i sposobni živjeti samostalno, odvojeni od bilo kakvih interakcija - to su obilježja stvarne čestice.
A tu je i takozvana kvazi čestica, koja je samo jedan korak iznad toga da uopće ne budemo čestica. Kvazipartikle nisu baš čestice, ali ni one nisu baš fikcija. Jednostavno je ... komplicirano.
Kao i doslovno komplicirano. Konkretno, interakcije čestica pri velikim brzinama postaju komplicirane. Kad se dva protona zaljuljaju jedno u drugo gotovo brzinom svjetlosti, to nije poput pucanja dvije kugle za biljar. To je više poput dvije mrlje meduze koja se prelamaju jedno u drugo, dok se njihova crijeva okreću iznutra i sve se preuređuje prije nego što se vrate meduze u izlasku.
Osjećam kvazi
U svemu tom kompliciranom neredu ponekad se pojavljuju čudni obrasci. Sitne čestice iskaču u tren oka i iz njegove postojanja, a slijedi ih još jedna prolazna čestica - i još jedna. Ponekad se ti bljeskovi čestica pojavljuju u određenom slijedu ili obrascu. Ponekad to uopće nisu bljeskovi čestica, već samo vibracije u juhi mješavine sudara - vibracije koje sugeriraju prisutnost prolazne čestice.
Ovdje se fizičari suočavaju s matematičkom dilemom. Oni mogu ili pokušati u potpunosti opisati složenu nered koji vodi do ovih šarenih obrazaca, ili se mogu pretvarati - čisto radi praktičnosti - da su ti obrasci sami po sebi "čestice", ali s neobičnim svojstvima, poput negativnih masa i vrti se koji se mijenjaju s vremenom.
Fizičari odabiru potonju opciju, i tako se rađa kvazi čestica. Kvazipartikli su kratki, šumeći obrasci ili valovi energije koji se pojavljuju usred sudara visokoenergetskih čestica. No, kako je potrebno puno rada na nogama da se matematički potpuno opisuje ta situacija, fizičari uzimaju neke prečace i pretvaraju se da su ti obrasci njihove vlastite čestice. To je učinjeno samo kako bi se matematika lakše bavila. Dakle, kvazičestice se tretiraju kao čestice, iako definitivno nisu.
To je poput pretvaranja da su šale vašeg ujaka zapravo smiješne. On je kvazifunktiran samo radi praktičnosti.
Večernji izgledi
Jedna se posebna vrsta kvazičvrsta naziva odderon, za koju se predviđalo da postoji u 1970-ima. Čini se da će se pojaviti kada neobičan broj kvarkova - čestice tena koji su sastavni blok materije - nakratko upadnu u i van postojanja tijekom sudara protona i antiprotona. Ako su odderoni prisutni u ovom scenariju razbijanja, postojat će neznatna razlika u presjecima (fizički žargon kako lako jedna čestica pogodi drugu) od sudara između čestica sa sobom i sa svojim česticama.
Tako, na primjer, ako zajedno gurnemo gomilu protona, za tu interakciju možemo izračunati presjek. Zatim možemo ponoviti ovu vježbu za sudare protona-antiprotona. U svijetu bez odrona, ova dva presjeka trebala bi biti identična. Ali odderoni mijenjaju sliku - ovi kratki uzorci koje nazivamo odderoni pojavljuju se povoljnije u sudarima čestica-čestica, što će malo izmijeniti presjeke.
Problem je u tome što se predviđa da će ta razlika biti vrlo, vrlo mala, pa će vam trebati mnoštvo događaja ili sudara prije nego što zatražite otkrivanje.
Kad bismo samo imali gigantski sudarač čestica koji je redovito razbijao protone i antiprotone zajedno, i to činio s tako visokom energijom i toliko često da smo mogli dobiti pouzdane statistike. Oh, točno: Imamo, Veliki hadronski sudarač.
U nedavnom radu, objavljenom 26. ožujka na pretprimiteljskom poslužitelju arXiv, izvijestio je TOTEM kolaboracija (u urnebesnim akronimima žargona fizike visokih energija, TOTEM označava "UKUPNI presjek, mjerenje elastičnog raspršivanja i difrakcijske disocijacije na LHC"). značajne razlike između presjeka protona koji razbijaju druge protone nasuprot protona koji se zabijaju u antiprotone. A jedini način da se objasni razlika je oživjeti ovu desetljeću staru ideju odderona. Za podatke bi moglo postojati i drugo objašnjenje (drugim riječima, drugi oblici egzotičnih čestica), ali čini se da su odderoni, koliko god to izgledalo čudno, najbolji kandidat.
Je li TOTEM otkrio nešto novo i zabavno u svemiru? Zasigurno. Je li TOTEM otkrio potpuno nove čestice? Ne, jer su odderoni kvazičetvrti, a ne same čestice. Pomaže li nam još uvijek prijeći granice poznate fizike? Zasigurno. Krši li se poznata fizika? Ne, jer je predviđeno da će odderoni postojati unutar našeg trenutnog razumijevanja.
Čini li vam se sve to pomalo čudno?
Paul M. Sutter je astrofizičar na Državno sveučilište Ohio, domaćin Pitajte svemira i Svemirski radio, i autor Vaše mjesto u svemiru.
