Zní to jako začátek velmi špatné hádanky z fyziky: Jsem částice, která opravdu není; Zmizím, než budu moci být detekován, ale přesto bude vidět. Přeruším vaše chápání fyziky, ale nepřekonávám vaše znalosti. Kdo jsem?
Je to odderon, částice, která je ještě podivnější, než napovídá její název, a nedávno mohla být detekována u Large Hadron Collider, nejmocnější atomové kouřové bomby, kde částice jsou zipovány rychlostí blízkou světlu kolem 17 mil dlouhé ( 27 km) zazvoní poblíž Ženevy ve Švýcarsku.
Je to prostě komplikované
Za prvé, odderon není ve skutečnosti částice. To, co považujeme za částice, je obvykle velmi stabilní: elektrony, protony, kvarky, neutrina atd. Můžete je držet v ruce a držet je s sebou. Heck, tvoje ruka je z nich doslova vyrobena. A vaše ruka brzy nezanikne na tenkém vzduchu, takže můžeme pravděpodobně bezpečně předpokládat, že její základní částice jsou v dlouhodobém horizontu.
Existují další částice, které netrvají dlouho, ale stále se nazývají částice. Navzdory své krátké životnosti zůstávají částice. Jsou svobodní, nezávislí a jsou schopni žít samostatně, odděleně od jakýchkoli interakcí - to jsou znaky skutečné částice.
A pak je tu tzv. Kvazičástice, což je jen o krok výše, že se nejedná o částice. Kvazičástice nejsou přesně částice, ale nejsou to ani fikce. Je to prostě ... komplikované.
Stejně jako v, doslova komplikované. Zejména se komplikují interakce částic při vysokých rychlostech. Když se dva protony do sebe rozbijí téměř rychlostí světla, není to jako dva kulečníkové koule praskající dohromady. Je to spíš jako dvě kapky medúzy, které se navzájem kolísají, jak se jejich vnitřnosti stočí dovnitř a nechají se všechno uspořádat, než se vrátí k medúzím na cestě ven.
Pocit kvazi
Ve všech těchto komplikovaných nepořádcích se někdy objevují podivné vzory. Drobné částice se objevují a odcházejí v mrknutí oka, jen aby následovala další prchavá částice - a další. Někdy se tyto záblesky částic objevují v určité sekvenci nebo vzoru. Někdy to vůbec nejsou jen záblesky částic, ale pouze vibrace v polévce směsi srážek - vibrace, které naznačují přítomnost přechodné částice.
Fyzici zde čelí matematickému dilematu. Mohou se buď pokusit plně popsat všechny komplikované nepořádky, které vedou k těmto šumivým vzorům, nebo mohou předstírat - čistě pro pohodlí -, že tyto vzorce jsou „částice“ samy o sobě, ale s podivnými vlastnostmi, jako jsou negativní masy a točí se s časem se mění.
Fyzici si zvolili druhou možnost, a tak se zrodí kvazičástice. Kvazičástice jsou krátké, šumivé vzory nebo vlnky energie, které se objevují uprostřed srážky částic s vysokou energií. Ale protože matematicky matematicky popsáme tuto situaci, vyžaduje to hodně práce, fyzici si berou zkratky a předstírají, že tyto vzorce jsou jejich vlastní částice. Je to jen proto, aby byla matematika snadněji ovladatelná. S quasiparticles se tedy zachází jako s částicemi, i když rozhodně nejsou.
Je to jako předstírat, že vtipy strýce jsou skutečně vtipné. Kvůli pohodlí je kvasifunny.
Večer šance
Jeden konkrétní druh kvazičástice se nazývá odderon, který se předpokládá v 70. letech 20. století. Předpokládá se, že se objeví, když během protonových a antiprotonových srážek krátce začne blikat neobvyklý počet kvarků - teensy částic, které jsou stavebními kameny hmoty. Pokud jsou v tomto scénáři smashupu přítomny odderony, dojde k mírnému rozdílu v průřezech (žargon fyziky pro to, jak snadno jedna částice zasáhne druhou) srážky mezi částicemi navzájem se svými antičásticemi.
Pokud například společně zabijeme spoustu protonů, můžeme pro tuto interakci vypočítat průřez. Poté můžeme toto cvičení opakovat pro proton-antiprotonové srážky. Ve světě bez odderonů by tyto dva průřezy měly být stejné. Ale odderony mění obrázek - tyto stručné vzorce, které nazýváme odderony, se objevují příznivěji v částečných částicích než srážky antičástic a antičástic, které mírně modifikují průřezy.
Problém spočívá v tom, že se předpokládá, že tento rozdíl bude velmi, velmi malý, takže budete potřebovat tunu událostí nebo kolizí, než si budete moci nárokovat detekci.
Teď, kdybychom měli obří částečný srážce, který pravidelně rozbíjel protony a antiprotony společně, a dělali to při tak vysokých energiích a tak často, že jsme mohli získat spolehlivé statistiky. Oh, správně: My ano, Velký hadronový kluzák.
V nedávném článku zveřejněném 26. března na předtiskovém serveru arXiv, TOTEM Collaboration (ve veselých žargonových zkratkách fyziky s vysokou energií, TOTEM znamená „TOTal průřez, Elastický rozptyl a měření disociace difrakce na LHC“) významné rozdíly mezi průřezy protonů rozbíjejících jiné protony versus protony narážející do antiprotonů. A jediný způsob, jak vysvětlit rozdíl, je oživit tuto desetiletou představu odderonu. Mohou existovat jiná vysvětlení pro data (jinými slovy, jiné formy exotických částic), ale odderony, jak zvláštní se zdá, se zdají být nejlepším kandidátem.
Objevil TOTEM něco nového a zábavného o vesmíru? Určitě. Objevil TOTEM zcela novou částici? Ne, protože odderony jsou kvazičástice, ne částice samy o sobě. Pomáhá nám to stále posouvat hranice známé fyziky? Určitě. Rozbije známou fyziku? Ne, protože se předpokládalo, že v našem současném chápání budou existovat odderony.
Vypadá ti všechno, co se ti zdá trochu divné?
Paul M. Sutter je astrofyzik na Státní univerzita v Ohiu, hostitel Zeptejte se Spacemana a Vesmírné rádio, a autor Vaše místo ve vesmíru.
