Der Large Hadron Collider (LHC), ein riesiger Teilchenbeschleuniger, überschreitet weiterhin die Grenzen der Wissenschaft. In jüngsten Experimenten mit seiner Beteiligung haben Wissenschaftler etwas entdeckt, das möglicherweise der erste mögliche Beweis für die Existenz eines subatomaren Quasiteilchens namens Odderon ist, das bis dahin nur theoretisch existierte … Die erhaltenen Ergebnisse betreffen Hadronen, eine Familie von Elementarteilchen, zu denen Protonen und Neutronen gehören, die aus Quarks bestehen, die mit Gluonen "zusammengeklebt" sind.
In ihren Experimenten mit dem LHC verwendeten die Wissenschaftler eine spezielle Funktionsweise des Beschleunigers, bei der die kollidierenden Protonen intakt bleiben und nicht zerstört werden, wodurch ganze Schauer von Sekundärteilchen erzeugt werden. Bei der Durchführung solcher Experimente wurde früher festgestellt, dass Protonen bei solchen Kollisionen nicht nur voneinander wegfliegen, sondern auch sehr schnell mehrere Gluonen austauschen können. In diesem Fall war die Anzahl der "Austausch" -Gluonen immer noch vorher.
Am Ende fanden die Wissenschaftler das Odderon selbst nicht, aber die Forscher beobachteten bestimmte Effekte, die auf sein Vorhandensein hinweisen könnten. Die Physiker verwendeten Protonen mit hohen Energien, die es ihnen ermöglichten, genauere Messungen zu erhalten. Und in den Ergebnissen dieser Messungen wurden Fälle des Austauschs zwischen Protonen mit einer ungeraden Anzahl von Gluonen gefunden, die überhaupt nicht in alle vorhandenen Modelle solcher Prozesse passen. Die Forscher glauben, dass es das Odderon ist, ein Quasiteilchen, das in diesem Fall aus drei, fünf, sieben oder mehr ungeraden Gluonen besteht, das für diese Diskrepanz verantwortlich ist, die sich im Moment der Protonenkollision für kurze Zeit bildet.
„Die erzielten Ergebnisse brechen nicht das bestehende Standardmodell der Teilchenphysik. Dieses Modell enthält eine Reihe von "dunklen Flecken", und unsere Arbeit ermöglichte es uns, nur einen dieser Bereiche zu "beleuchten" und ihm ein weiteres neues Detail hinzuzufügen ", sagt die Teilchenphysik und Subelementphysiker Timothy Raben von der University of Kansas.
Für die Suche wurden die hochempfindlichen Sensoren des TOTEM-Experiments verwendet, die an vier Schlüsselpunkten im Kollidertunnel installiert wurden, an denen sich die Protonenstrahlen "kreuzen" und jede Sekunde Milliarden von Kollisionen auftreten.
„Eine mögliche Erklärung dafür, warum Protonen ohne Zerstörung kollidieren können, ist Odderon. In der Praxis haben Wissenschaftler dies jedoch nie beobachtet. Dies ist möglicherweise das erste Mal, dass ein wirklicher Beweis für die Existenz dieser Quasiteilchen erbracht wurde “, kommentiert Simona Giani, Sprecherin einer Gruppe von Physikern, die mit dem TOTEM-Experiment arbeiten, das Teil einer gemeinsamen Quasiteilchensuche ist.
Für einen Laien ist es ziemlich schwierig, dies zu verstehen, daher erklären Wissenschaftler dies am Beispiel eines Autotransporters, der Autos in einem Anhänger transportiert.
„Stellen Sie sich vor, die Protonen sind zwei große Traktoren, die Autos transportieren. Diese sind oft auf der Straße zu sehen “, erklärt Raben.
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„Stellen Sie sich jetzt vor, dass diese beiden Lastwagen miteinander kollidieren, aber nach dem Unfall bleiben die Lastwagen intakt, aber die Autos, die sie transportierten, fliegen in verschiedene Richtungen. Gleichzeitig entstehen buchstäblich neue Autos in der Luft. Energie geht in einen Zustand der Materie über."
„Physiker haben in den letzten Jahrzehnten seit den 1970er Jahren theoretische Odderone gejagt. Die technologischen Fähigkeiten dieser Zeit haben jedoch einfach keinen Beweis für die Existenz der Odderons erbracht “, fügt Raben hinzu.
Mehr als 100 Wissenschaftler aus acht Ländern waren an den Experimenten beteiligt, um Odderone zu finden. Milliarden von Protonenpaaren beschleunigten jede Sekunde im LHC. Dank der Modernisierung des Hadron Colliders im Jahr 2015 betrug das Spitzenenergieniveau der beschleunigten Protonen 13 TeV.
Obwohl Forscher Odderon nicht direkt beobachten konnten, haben sie seine Auswirkungen beobachtet und hoffen auf transparentere Ergebnisse in der Zukunft. Wissenschaftler glauben, dass die nächste Modernisierung des LHC es ihnen ermöglichen wird, diese zu erhalten, wodurch Teilchen auf noch höhere Energieindikatoren beschleunigt werden können.
"Wir erwarten in den nächsten Jahren großartige Ergebnisse", kommentierte Christophe Royon von der University of Kansas.
Die Ergebnisse der aktuellen Arbeit wurden auf der Website ArXiv.org veröffentlicht und warten derzeit auf die Bewertung durch andere Experten.
Nikolay Khizhnyak
