TOTEM-Experiment. (CERN) Durch sorgfältige Arbeit haben Wissenschaftler Beweise dafür gefunden Quasiteilchen Das wurde zunächst als Hypothese vorgestellt vor fast 50 Jahren : der Odderon.
Das Odderon ist eine Kombination subatomarer Teilchen und kein neues Grundteilchen – aber es verhält sich in mancher Hinsicht wie letzteres, und die Art und Weise, wie es in die Grundbausteine der Materie passt, macht die Entdeckung zu einem großen Moment für Physiker.
Der Odderon wurde schließlich durch eine detaillierte Analyse zweier Datengruppen aufgedeckt und erreichte die 5-Sigma-Chance der Wahrscheinlichkeit, die Forscher als Schwellenwert verwenden.
„Das heißt, wenn es den Odderon nicht gäbe, läge die Wahrscheinlichkeit, dass wir einen solchen Effekt zufällig in den Daten beobachten, bei 1 zu 3,5 Millionen.“ sagt der Physiker Cristian Baldenegro von der University of Kansas.
Teilchen wie Protonen und Neutronen bestehen aus kleineren subatomaren Teilchen: Vereinfacht ausgedrückt: Quarks sind mit der Kraftübertragung „verklebt“. Gluonen . Das Zusammenstoßen von Protonen in einem Teilchenbeschleuniger gibt uns die Möglichkeit, einen Blick in ihre mit Gluonen beladenen Eingeweide zu werfen.
Wenn zwei Protonen zusammenstoßen, die Begegnung aber irgendwie überleben, entsteht diese Wechselwirkung – eine Art von elastische Streuung - kann dadurch erklärt werden, dass die Protonen entweder eine gerade oder eine ungerade Anzahl von Gluonen austauschen.
Wenn diese Zahl gerade ist, Es ist die Arbeit eines Pomeron-Quasiteilchens ; Die andere Option – die viel seltener vorkommt – ist ein Odderon-Quasiteilchen, eine Verbindung mit einer ungeraden Anzahl von Gluonen.
Bisher konnten Wissenschaftler in Experimenten keine Odderons entdecken, obwohl die theoretische Quantenphysik vermutet, dass sie existieren sollten.
Hier haben Forscher die Zahlen anhand einer riesigen Datenmenge aus der Welt ausgewertet Large Hadron Collider (LHC) Teilchenbeschleuniger am CERN in der Schweiz und der Tevatron Teilchenbeschleuniger im Fermilab in den USA.
Millionen von Datenpunkten wurden untersucht, um Proton-Proton- oder Proton-Antiproton-Kollisionen zu vergleichen, bis die Wissenschaftler überzeugt waren, dass sie Ergebnisse gesehen hatten – eine ungeradzahlige Gluonverbindung –, die nur möglich wäre, wenn das Odderon existierte.
Der Vergleich zwischen den beiden Arten von Kollisionen ergab einen deutlichen Unterschied in der ausgetauschten Energie – dieser Unterschied ist ein Beweis für das Odderon. Das Team kombinierte dann präzisere Messungen aus einem früheren Experiment aus dem Jahr 2018, die einige der Unsicherheiten ausschlossen, und ermöglichte es ihnen, erstmals die hohe Erkennungssicherheitsstufe zu erreichen.
Diese Entdeckung trägt auch dazu bei, einige Lücken in der modernen Vorstellung von zu schließen Quantenchromodynamik oder QCD, die Hypothese, wie Quarks und Gluonen auf kleinster Ebene interagieren. Wir reden über die Aggregatszustand im kleinsten Maßstab und wie alles im Universum zusammengesetzt wird.
Darüber hinaus könnte die spezielle Technologie, die entwickelt wurde, um das Aufspüren des Odderons zu unterstützen, in Zukunft vielfältige andere Verwendungszwecke haben, sagen die Forscher: zum Beispiel in medizinischen Instrumenten.
Obwohl diese Forschung nicht alle Fragen zum Odderon und seiner Funktionsweise beantwortet, ist sie der bisher beste Beweis dafür, dass es existiert. Zukünftige Teilchenbeschleuniger-Experimente werden weitere Bestätigungen liefern können und zweifellos noch einige weitere Fragen aufwerfen.
„Die Suche nach Signaturen des Odderons ist eine ganz andere Aufgabe im Vergleich zu dem, was traditionell in der Teilchenphysik durchgeführt wird.“ sagte Baldenegro .
„Zum Beispiel bei der Suche nach dem Higgs-Boson oder dem Top-Quark sucht man nach einer „Beule“ über einer glatten invarianten Massenverteilung, was bereits eine große Herausforderung darstellt. Der Odderon hingegen hat viel subtilere Signaturen. „Das hat die Jagd nach dem Odderon viel anspruchsvoller gemacht.“
Das Papier wurde zur Veröffentlichung eingereicht Briefe zur körperlichen Untersuchung und ist als Vorabdruck erhältlich unter arXiv ; Verbundene Forschungsergebnisse wurden im veröffentlicht European Physical Journal C .