Это звучит как начало очень плохой физической загадки: я - частица, которой на самом деле нет; Я исчезаю еще до того, как меня могут обнаружить, но все же можно увидеть. Я нарушаю ваше понимание физики, но не пересматриваю ваши знания. Кто я?
Это странность, частица, которая еще более странна, чем предполагает ее название, и она, возможно, была недавно обнаружена на Большом адронном коллайдере, самом мощном атомном разрушителе, где частицы проносятся со скоростью, близкой к скорости света, около 17 миль в длину ( 27 километров) кольцо под Женевой в Швейцарии.
Это просто сложно
Во-первых, Оддерон на самом деле не частица. То, что мы считаем частицами, обычно очень стабильно: электроны, протоны, кварки, нейтрино и так далее. Вы можете держать их в руках и носить с собой. Черт, твоя рука буквально состоит из них. И ваша рука не исчезнет в воздухе в ближайшее время, поэтому мы можем с уверенностью предположить, что ее фундаментальные частицы находятся в долгосрочной перспективе.
Есть другие частицы, которые не длятся долго, но все же их называют частицами. Несмотря на короткое время жизни, они остаются частицами. Они свободны, независимы и могут жить самостоятельно, независимо от любых взаимодействий - это отличительные признаки реальной частицы.
И затем есть так называемая квазичастица, которая всего на один шаг выше того, чтобы быть не частицей вообще. Квазичастицы не совсем частицы, но они и не выдумка. Это просто ... сложно.
Как в буквальном смысле сложно. В частности, взаимодействие частиц на сверхвысоких скоростях усложняется. Когда два протона врезаются друг в друга со скоростью, близкой к скорости света, это не похоже на два биллиардных шара, трещающих вместе Это больше похоже на то, как две капли медузы вьются друг в друга, выворачивая их кишки наизнанку и переставляя все, прежде чем они снова превращаются в медузу на выходе.
Чувство квази
Во всем этом сложном беспорядке иногда появляются странные образцы. Крошечные частицы появляются и исчезают в мгновение ока, но за ними следует другая мимолетная частица - и другая. Иногда эти вспышки частиц появляются в определенной последовательности или схеме. Иногда это даже не вспышки частиц вообще, а просто вибрации в супе смеси столкновения - вибрации, которые предполагают присутствие переходной частицы.
Именно здесь физики сталкиваются с математической дилеммой. Они могут либо попытаться полностью описать всю сложную неразбериху, которая приводит к этим шипучим моделям, либо они могут притвориться - исключительно ради удобства - что эти шаблоны сами по себе являются «частицами», но со странными свойствами, такими как отрицательные массы и спины, которые меняются со временем.
Физики выбирают последний вариант, и поэтому квазичастица рождается. Квазичастицы - это короткие, шипучие структуры или рябь энергии, возникающие в процессе столкновения частиц с высокой энергией. Но поскольку для полного математического описания этой ситуации требуется много усилий, физики делают некоторые сокращения и делают вид, что эти модели являются их собственными частицами. Это сделано только для того, чтобы с математикой было легче справиться. Таким образом, квазичастицы рассматриваются как частицы, хотя они определенно нет.
Это как притворяться, что шутки твоего дяди на самом деле смешные. Он квази-смешной просто ради удобства.
Вечерние разногласия
Один конкретный вид квазичастиц называется оддерон, который, как ожидается, существует в 1970-х годах Считается, что он появляется, когда нечетное число кварков - крошечных частиц, являющихся строительными блоками материи - кратковременно вспыхивают и исчезают во время столкновений протонов и антипротонов. Если в этом сценарии столкновения присутствуют оддероны, то будет небольшое различие в сечениях (физический жаргон, как легко одна частица ударяет в другую) столкновений между частицами с самими собой и со своими античастицами.
Так, если мы, например, ударим вместе кучку протонов, мы сможем рассчитать сечение для этого взаимодействия. Затем мы можем повторить это упражнение для протон-антипротонных столкновений. В мире без оддеронов эти два поперечных сечения должны быть идентичными. Но оддероны меняют картину - эти короткие модели, которые мы называем оддеронами, появляются более благоприятно в столкновениях частица-частица, чем столкновения античастица-античастица, которые немного изменят сечения.
Проблема в том, что эта разница, как предсказывают, будет очень, очень маленькой, так что вам понадобится куча событий или коллизий, прежде чем вы сможете требовать обнаружения.
Теперь, если бы у нас был гигантский коллайдер частиц, который регулярно разбивал протоны и антипротоны вместе, и делал это при таких высоких энергиях и так часто, что мы могли получить достоверную статистику. О, верно: Большой Адронный Коллайдер.
В недавней статье, опубликованной 26 марта на сервере препринтов arXiv, сообщается о сотрудничестве TOTEM (в смешных жаргонных акронимах физики высоких энергий TOTEM расшифровывается как «Измерение поперечного сечения TOTal, Упругое рассеяние и дифракционная диссоциация на LHC») существенные различия между сечениями протонов, разбивающих другие протоны, по сравнению с протонами, врезающимися в антипротоны. И единственный способ объяснить разницу - возродить эту давнюю идею оддерона. Могут быть и другие объяснения данных (другими словами, другие формы экзотических частиц), но оддероны, как ни странно, кажутся лучшим кандидатом.
Открыл ли TOTEM что-то новое и необычное во вселенной? Точно. TOTEM обнаружил совершенно новую частицу? Нет, потому что оддероны - это квазичастицы, а не частицы сами по себе. Помогает ли это нам еще преодолеть границы известной физики? Точно. Это нарушает известную физику? Нет, потому что было предсказано, что оддероны существуют в нашем нынешнем понимании.
Вам все это кажется немного странным?
Пол М. Саттер является астрофизиком в Государственный университет Огайо, хозяин Спроси космонавта и Космическое Радиои автор Ваше место во Вселенной.
