Po takmer 50 rokoch tvrdej práce sa vedcom konečne podarilo potvrdiť existenciu dlho očakávanej kvázičastice nazývanej odderon. Jej existencia bola predpovedaná už v roku 1973 dvomi francúzskymi časticovými fyzikmi, ktorých výpočty naznačovali, že niekde je ukrytá neznáma kvázičastica. Tú sa podarilo objaviť iba nedávno medzinárodnej skupine odborníkov v CERNe. O téme informoval portál SciTechDaily.

Šance, že sme zaznamenali odderon sú vysoké

Ako píše web ScienceAlert, odderon je skôr kombinácia subatomárnych častíc ako nový typ základnej častice. K jeho odhaleniu došlo prostredníctvom podrobnej analýzy a porovnania dvoch skupín údajov, pričom prahová hodnota pravdepodobnosti sa vyšplhala až na úroveň sigma 5. To podľa vedca Cristiana Baldenegroa znamená, že ak by odderon neexistoval, šanca, že by sme takýto efekt náhodne pozorovali v údajoch, je iba 1:3,5 miliónu.

Experiment TOTEM. CERN

CERN na svojom webe popisuje odderon ako nepolapiteľnú časticu zloženú z troch elementárnych častíc nazývaných gluóny. Takéto zloženie, respektíve v tomto prípade skôr zlepenie dvoch, troch, prípadne viacerých gluónov sa nazýva glueball. To znamená, že odderon môžeme považovať za glueball zložený z troch gluónov.

Samotné gluebally sú považované za veľmi neobyčajné objekty tvorené iba nosičmi silnej interakcie. Z čoho vyplýva, že gluóny sú výmenné častice, ktoré sprostredkovávajú / prenášajú silnú interakciu.

Častice ako protóny, alebo neutróny sú tvorené menšími subatomárnymi časticami nazývanými kvarky. Tie sú veľmi zjednodušene povedané medzi sebou zlepené gluónmi prenášajúcimi silnú interakciu. K samotnému vzniku odderonov má potom dochádzať  pri vysokoenergetických zrážkach protónov.

Problém však je, že pri väčšine kolízií dvoch vysokoenergetických protónov zvyčajne dôjde k ich rozpadu do podoby kvarkov a gluónov. V prípade, že sa protónom nejakým spôsobom podarí prežiť túto kolíziu, čo sa deje približne v 25 % prípadoch, môžeme hovoriť o tzv. elastickom rozptyle, pri ktorom protóny zostanú neporušené, ale dôjde k ich nepatrnému vychýleniu na dráhe. V prípade Veľkého hadrónového urýchľovača (LHC) v CERNe to predstavuje vychýlenie 1 milimeter na 200 metrov.

Porovnanie údajov prinieslo svoje ovocie

Práve meraním odchýliek protón-protón sa zaoberá tím vedcov v experimente s názvom TOTEM. Za prelomovým objavom však nestojí iba tento tím. Kľúčovou sa ukázala kolaborácia s tímom DØ, ktorý skúmal na urýchľovači Tevatron vo Fermilabe kolízie protónov s antiprotónmi.

CERN / Maximilien Brice

Ešte v roku 2018 si odborníci z experimentu TOTEM pri svojich meraniach zrážok vysokoenergetických protónov všimli, že niektoré z kolízií jednoducho nezodpovedajú akceptovaným teóriám. Vtedajšie výsledky poukazovali na to, že dochádza k vzniku trojgluónovej, alebo viacglúonovej „zlúčeniny“, čo síce naznačovalo, že môže ísť o odderon, avšak na definitívne potvrdenie to nestačilo.

V novej práci však už zainteresovaní odborníci disponujú presvedčivými argumentami, ktoré potvrdzujú prítomnosť odderonu. Výsledkami sa vedci pochválili v štúdii, ktorá bude publikovaná v žurnále Physical Review Letters, zatiaľ je však dostupná na predtlačovom serveri arXiv. Ďalší súvisiaci výskum bol publikovaný v žurnále European Physical Journal C.

Práca je založená na nezávislej modelovej komparácii údajov získaných tímom TOTEM a tímom DØ. Porovnanie údajov z LHC získaných pri zrážkach protón-protón, zaznamenaných pri energiách 2,76, 7, 8 a 13 TeV s údajmi DØ o zrážkach protón-antiprotón pri energii 1,96 TeV odhalilo zreteľný rozdiel vo výmene energie, pričom tento rozdiel je chápaný ako dôkaz existencie odderonu.

Objav pomáha vyplniť niektoré medzery v modernej kvantovej chromodynamike a hypotéze o interakcii kvarkov a gluónov aj v tých najmenších mierach. Aj keď tento výskum neodpovedá na všetky otázky o odderone a jeho správaní sa, je to zatiaľ najlepší dôkaz o jeho existencii.