В ускорителе заряженных частиц Большом адронном коллайдере (БАК) физики, вероятно, наткнулись на след одерона – спустя 40 лет поисков.
До сих пор существование этой квантовой частицы обосновывали лишь теоретически. Она возникает, когда протоны сталкиваются и обмениваются нечетным количеством глюонов вместо парной. Данные детектора TOTEM, что на БАК, свидетельствуют: такие одероны возникают при высоких энергетических столкновениях.
В мире элементарных частиц существуют не только настоящие частицы, как кварки, протоны или электроны, а и квазичастицы. Они представляют собой сочетание маленьких частиц, которые ведут себя как слитки: на короткое время они обладают общей массой, энергией или длиной волн и на определенный импульс реагируют как одна частица. К таким квазичастицам относятся, в частности, кратковременные пары из частицы и ее античастинки, как фермион Майорани или квантовые капли в полупроводнике.
Теперь физики в ЦЕРН (Европейская организация по ядерным исследованиям, CERN) напали на след еще одной квазичастицы – одерона. Он возникает, когда протоны сталкиваются, но не разрушаются полностью. При этом они взаимодействуют, и протоны обмениваются глюонами – частицами, которые вступают в сильное взаимодействие.
«Протоны взаимодействуют как два автотранспортера во время несчастного случая на трассе, – пояснил Тимоти Рабен (Timothy Raben) из Канзасского университета. – Когда грузовики сталкиваются, то сильно разрушаются, но авто, прикрепленные к ним, выбрасывает». В случае протоновой коллизии до сих пор наблюдали только четное количество элементов, которых выбрасывало – речь идет про глюоны.
Однако уже более 40 лет физики предполагают, что должно бы происходить взаимодействие и с нечетным количеством глюонов. Учитывая то, что эти глюоны вместе ведут себя как одна частица, их назвали одероном (от английского «odd» – «нечет»). «С 70-ых гг. ХХ века мы их искали», – сказал Кристоф Ройон (Christophe Royon), коллега Рабена. Однако мощности ускорителя частиц не хватало, чтобы обнаружить одерони. До сих пор.
После второго запуска Большого адронного коллайдера в ЦЕРН протоны могут ударяться друг в друга с энергией 13 тэв. Большинство коллизий приводят к разрушению протонов, однако детектор TOTEM на БАК предназначен для перехвата протонов, которые пережили эти столкновения.
Детектор TOTEM не может напрямую доказать существование одеронов. Однако существуют определенные особенности излучения, удостоверяющие их существования. «Когда имеет место действительно высокая энергия, то остается сигнатура, которую можно измерить», – пояснил Рабен. Собственно эту сигнатуру смогли зафиксировать физики благодаря экспериментам на TOTEM.
Ученые объясняют: в данных второго запуска существуют доказательства того, что при столкновении протонов меняется нечетное число глюонов. «Мы получили показатели, которые не совместимы с моделью парной количества глюонов», – сообщил Ройон. Он пояснил, что для этого решающим был так называемый параметр Rho – величина, которую измеряют на основании поведения сигнатур во время столкновения разных энергий.
«Так мы, пожалуй, впервые наблюдали обмен нечетным количеством глюонов, – сказал Ройон. – Результаты, полученные на основании данных TOTEM, подходят к теоретической модели обмена тремя бесцветными глюонами в сплутаному состоянии». Но речь может идти и о пять, семь и даже больше глюонов, которыми обменялись.
Данные еще не достаточно однозначны, чтобы официально говорить про открытие или доказательство. Но если существование одеронов подтвердится, тогда это даст ценные показания о субатомном взаимодействие. «Это не опровергает всю стандартную модель, – отмечает Рабен. – Но до сих пор еще существуют ее неисследованные участки, и наше исследование могло бы пролить свет на одну из них».