De Large Hadron Collider (LHC), een enorme deeltjesversneller, blijft de grenzen van de wetenschap verleggen, en in recente experimenten met zijn deelname hebben wetenschappers iets ontdekt dat mogelijk het eerste potentiële bewijs is van het bestaan van een subatomair quasideeltje, odderon genaamd, dat tot dan toe alleen in theorie bestond. … De verkregen resultaten hebben betrekking op hadronen, een familie van elementaire deeltjes, waaronder protonen en neutronen, die zijn samengesteld uit quarks die met gluonen zijn "aan elkaar gelijmd".
In hun experimenten met de LHC gebruikten wetenschappers een speciale manier van werken van de versneller, waarbij de botsende protonen intact blijven in plaats van te worden vernietigd, waardoor hele regenbuien van secundaire deeltjes worden gegenereerd. Eerder, tijdens soortgelijke experimenten, werd opgemerkt dat protonen bij dergelijke botsingen niet zomaar van elkaar wegvliegen, maar erin slagen om heel snel verschillende gluonen uit te wisselen. In dit geval was het aantal "uitwisselings" gluonen altijd even daarvoor.
Uiteindelijk vonden wetenschappers de odderon zelf niet, maar de onderzoekers observeerden bepaalde effecten die op de aanwezigheid ervan konden duiden. Natuurkundigen gebruikten protonen met een hoge energie, waardoor ze nauwkeuriger konden meten. En in de resultaten van deze metingen werden gevallen van uitwisseling tussen protonen met een oneven aantal gluonen gevonden, die helemaal niet passen in alle bestaande modellen van dergelijke processen. De onderzoekers denken dat het de odderon, een quasi-deeltje dat in dit geval bestaat uit drie, vijf, zeven of meer oneven aantallen gluonen, verantwoordelijk is voor deze discrepantie, die gedurende korte tijd wordt gevormd op het moment van botsing van protonen.
“De verkregen resultaten zijn niet in strijd met het bestaande standaardmodel van deeltjesfysica. Er zijn een aantal "donkere vlekken" in dit model, en ons werk stelde ons in staat om slechts één van deze gebieden te "verlichten" en er nog een nieuw detail aan toe te voegen ", zegt deeltjesfysica en subelementfysicus Timothy Raben van de Universiteit van Kansas.
Voor de zoekacties werden de zeer gevoelige sensoren van het TOTEM-experiment gebruikt, geïnstalleerd op vier belangrijke punten in de botsingstunnel, waar de protonenbundels elkaar "kruisen" en miljarden botsingen elke seconde plaatsvinden.
“Een mogelijke verklaring waarom protonen kunnen botsen zonder vernietiging is odderon, maar in de praktijk hebben wetenschappers dit nooit waargenomen. Dit is misschien de eerste keer dat echt bewijs van het bestaan van deze quasi-deeltjes is verkregen”, zegt Simona Giani, een woordvoerder van een groep natuurkundigen die aan het TOTEM-experiment werken, dat deel uitmaakt van een gemeenschappelijke quasi-deeltjesturing.
Het is nogal moeilijk voor een leek om dit te begrijpen, daarom leggen wetenschappers dit uit aan de hand van het voorbeeld van een autotransporter die auto's vervoert in een aanhanger.
“Stel je voor dat de protonen twee grote tractoren zijn met auto's. Deze worden vaak op de weg gezien”, legt Raben uit.
Promotie video:
“Stel je nu voor dat deze twee vrachtwagens met elkaar in botsing komen, maar na het ongeval blijven de vrachtwagens intact, maar de auto's die ze vervoeren zullen in verschillende richtingen vliegen. En tegelijkertijd worden er letterlijk nieuwe auto's in de lucht gevormd. Energie gaat over in een toestand van materie."
“Natuurkundigen hebben de afgelopen decennia, te beginnen in de jaren zeventig, op theoretische odderons gejaagd. De technologische mogelijkheden van die tijd leverden echter eenvoudigweg geen bewijs van het bestaan van de Odderons”, voegt Raben eraan toe.
Meer dan 100 wetenschappers uit acht landen waren betrokken bij de experimenten om odderons te vinden. Miljarden protonenparen versnelden elke seconde in de LHC. Dankzij de modernisering van de hadron-collider in 2015 bedroeg het piekenergieniveau van versnelde protonen 13 TeV.
Hoewel onderzoekers odderon niet rechtstreeks hebben kunnen waarnemen, zijn ze getuige geweest van de effecten ervan en hopen ze in de toekomst transparantere resultaten te krijgen. Wetenschappers zijn van mening dat de volgende modernisering van de LHC het mogelijk zal maken om ze te verkrijgen, waardoor deeltjes worden versneld naar nog hogere energie-indicatoren.
"We verwachten geweldige resultaten in de komende jaren", aldus Christophe Royon van de Universiteit van Kansas.
De resultaten van het huidige werk zijn gepubliceerd op de ArXiv.org-website en wachten momenteel op evaluatie door andere experts.
Nikolay Khizhnyak
