Søket innsnevrer seg etter en mystisk form for materie spådd fra Einsteins teori om spesiell relativitet. Etter mer enn et tiår med å se, tror forskere ved verdens største partikkeldeler at de er på nippet til å finne den.
Men forskerne søker ikke i eksploderte tarmer av partikler som knuses sammen med nesten lett hastighet.
I stedet leter fysikere ved Large Hadron Collider (LHC), en ring på 27 kilometer nedgravd under jorden nær grensen mellom Frankrike og Sveits, etter den savnede saken, kalt et fargeglaskondensat, ved å studere hva som skjer når partikler ikke kolliderer, men zoom i stedet forbi hverandre i nestenulykker.
I standardmodellen for fysikk, teorien som beskriver dyrehagen til subatomære partikler, blir 98% av det synlige materialet i universet holdt sammen av grunnleggende partikler kalt gluoner. Disse passende navngitte partiklene er ansvarlige for kraften som limer sammen kvarker for å danne protoner og nøytroner. Når protoner akselereres til nær lysets hastighet, oppstår et underlig fenomen: Konsentrasjonen av gluoner inni dem skyrockets.
"I disse tilfellene delte gluoner seg i par gluoner med lavere energi, og slike gluoner delte seg deretter, og så videre," sa Daniel Tapia Takaki, en førsteamanuensis i fysikk og astronomi ved University of Kansas. "På et tidspunkt når splittingen av gluoner inne i protonet en grense hvor multipliseringen av gluoner slutter å øke. En slik tilstand er kjent som fargeglasskondensatet, en hypotetisk fase av materie som antas å eksistere i veldig høy- energiprotoner og så vel som i tunge kjerner. "
I følge Brookhaven National Laboratory kunne kondensatet forklare mange uløste fysiske mysterier, for eksempel hvordan partikler dannes i kollisjoner med høy energi, eller hvordan materien blir fordelt i partikler. Å bekrefte dens eksistens har imidlertid unngått forskere i flere tiår. Men i 2000 fant fysikere ved Brookhavens Relativistic Heavy Ion Collider de første tegnene på at fargeglasskondensatet kunne eksistere.
Da laboratoriet smadret sammen gullatomer strippet for elektronene sine, fant de et underlig signal i partiklene som strømmet ut fra kollisjonene, og antydet at atomenes protoner var syltet full av gluoner og begynte å danne fargeglasskondensatet. Ytterligere eksperimenter med kolliderende tunge ioner ved LHC har hatt lignende resultater. Imidlertid kan sammenstøtende protoner sammen i relativistiske hastigheter bare gi et flyktig glimt av protonenes indre innvendig før de subatomære partiklene voldelig eksploderer. Prøver innsiden av protoner tar en mer skånsom tilnærming.
Når ladede partikler, for eksempel protoner, akselereres til høye hastigheter, skaper de sterke elektromagnetiske felt og frigjør energi i form av fotoner, eller partikler av lys. (Takket være lysets doble natur er det også en bølge.) Disse energilekkasjene ble en gang avvist som en uønsket bivirkning av partikkelakseleratorer, men fysikere har lært nye måter å bruke disse høye-energifotonene til deres fordel.
Hvis protoner befinner seg susende forbi hverandre i gasspedalen, kan stormen av fotoner de slipper føre til proton-på-fotonkollisjoner. Disse såkalte ultraperifere kollisjoner er nøkkelen til å forstå den indre virkningen av protoner med høy energi.
"Når en høyenergi lysbølge treffer en proton, produserer den partikler - alle slags partikler - uten å bryte protonet," sa Tapia Takaki i en uttalelse. "Disse partiklene er registrert av detektoren vår, og lar oss rekonstruere et enestående høykvalitetsbilde av det som er inni."
Tapia Takaki og et internasjonalt samarbeid fra forskere bruker nå denne metoden for å spore opp det unnvikende fargeglasskondensatet. Forskerne publiserte tidlige resultater av sin studie i augustutgaven av The European Physical Journal C. For første gang klarte teamet indirekte å måle tettheten av gluoner ved fire forskjellige energinivåer. På det høyeste nivået fant de bevis på at et kondensat av farget glass akkurat begynte å danne seg.
De eksperimentelle resultatene "... er veldig spennende, noe som gir ny informasjon om gluondynamikken i protonen, det er mange teoretiske spørsmål som ikke er besvart," Victor Goncalves, professor i fysikk ved Federal University of Pelotas i Brasil og en medforfatter av studien, sa det i uttalelsen.
Foreløpig forblir eksistensen av fargeglasskondensat et unnvikende mysterium.
