Det høres ut som starten på en veldig dårlig fysikk gåte: Jeg er en partikkel som virkelig ikke er det; Jeg forsvinner før jeg til og med kan oppdages, men kan sees. Jeg bryter forståelsen din for fysikk, men ikke overprøve kunnskapen din. Hvem er jeg?
Det er en odderon, en partikkel som er enda merkeligere enn navnet antyder, og den kan ha nylig blitt oppdaget på Large Hadron Collider, den kraftigste atomknuseren, der partikler glidelås på nær lyshastighet rundt en 17 mil lang ( 27 kilometer) ring i nærheten av Genève i Sveits.
Det er bare komplisert
For det første er odderon egentlig ikke en partikkel. Det vi tenker på som partikler er vanligvis veldig stabilt: elektroner, protoner, kvarker, nøytrinoer og så videre. Du kan holde en haug av dem i hånden din og bære dem med deg. Pokker, hånden din er bokstavelig talt laget av dem. Og hånden din forsvinner ikke i tynn luft når som helst, så vi kan antagelig trygt anta at dens grunnleggende partikler er i på lang sikt.
Det er andre partikler som ikke varer lenge, men som fremdeles blir kalt partikler. Til tross for deres korte levetid, forblir de partikler. De er gratis, uavhengige og i stand til å leve på egen hånd, atskilt fra alle interaksjoner - det er kjennetegnene på en ekte partikkel.
Og så er det den såkalte kvasipartikkelen, som bare er ett trinn over å være ikke-en-partikkel-i det hele tatt. Kvasipartikler er ikke akkurat partikler, men de er heller ikke akkurat fiksjon. Det er bare ... komplisert.
Som i, bokstavelig talt komplisert. Spesielt blir interaksjoner mellom partikler i superhøy hastighet kompliserte. Når to protoner knuses inn i hverandre med nesten lysets hastighet, er det ikke som to biljardkuler som sprekker sammen. Det er mer som to klatter med maneter som vingler inn i hverandre, får tarmene sine snudd på innsiden og får alt omorganisert før de kommer tilbake til å bli maneter på vei ut.
Føler meg kvasi
I all denne kompliserte rotskapen, vises noen ganger rare mønstre. Små partikler spretter inn og ut av eksistensen med et øyeblikk, bare for å bli fulgt av en annen flyktig partikkel - og en annen. Noen ganger vises disse blinkene av partikler i en bestemt sekvens eller mønster. Noen ganger er det ikke engang blitz av partikler i det hele tatt, men bare vibrasjoner i suppen av blandingen av kollisjonen - vibrasjoner som antyder tilstedeværelsen av en kortvarig partikkel.
Det er her fysikere står overfor et matematisk dilemma. De kan enten forsøke å fullstendig beskrive all den kompliserte messinessen som fører til disse brusende mønstrene, eller de kan late - rent for enkelhets skyld - at disse mønstrene er "partikler" i seg selv, men med rare egenskaper, som negative masser og spinn som endrer seg med tiden.
Fysikere velger det siste alternativet, og dermed blir kvasipartikkelen født. Quasiparticles er korte, brusende mønstre eller krusninger av energi som vises midt i en høyenergi partikkelkollisjon. Men siden det krever mye leggarbeid for å fullstendig beskrive den situasjonen matematisk, tar fysikere noen snarveier og later som om disse mønstrene er deres egne partikler. Det gjøres bare for å gjøre matematikken enklere å håndtere. Så kvasipartikler blir behandlet som partikler, selv om de absolutt ikke er det.
Det er som å late som om onkelens vitser faktisk er morsomme. Han er kvasifunny bare for enkelhets skyld.
Kveldens odds
En spesiell type kvasipartikkel kalles odderon, spådd å eksistere på 1970-tallet. Det antas å dukke opp når et ulikt antall kvarker - teensy partikler som er byggesteinene i materien - kort inn og ut av eksistensen under proton- og antiproton-kollisjoner. Hvis odderoner er til stede i dette smashup-scenariet, vil det være en liten forskjell i tverrsnittene (fysikk-sjargong for hvor lett en partikkel slår en annen) av kollisjoner mellom partikler med seg selv og med deres partikler.
Så hvis vi for eksempel smeller en haug protoner sammen, kan vi beregne et tverrsnitt for det samspillet. Deretter kan vi gjenta denne øvelsen for proton-antiproton-kollisjoner. I en verden uten odderoner burde disse to tverrsnittene være identiske. Men odderoner forandrer bildet - disse korte mønstrene vi kaller odderoner vises mer gunstig i partikkel-partikkel enn antipartikkel-antipartikkelkollisjoner, noe som vil endre tverrsnittene litt.
Problemet er at denne forskjellen er spådd å være veldig, veldig liten, så du vil trenge massevis av hendelser, eller kollisjoner, før du kan kreve en påvisning.
Hvis vi bare hadde en gigantisk partikkeloppsamler som jevnlig knuste protoner og antiprotoner sammen, og gjorde det med så høye energier og så ofte at vi kunne få pålitelig statistikk. Å, rett: Det gjør vi, Large Hadron Collider.
I en fersk artikkel, publisert 26. mars på preprint-serveren arXiv, er TOTEM-samarbeidet (i den morsomste sjargongen forkortelser av høyenergifysikk, TOTEM står for "TOTalt tverrsnitt, elastisk spredning og diffraksjonsdifferensiering Måling ved LHC") signifikante forskjeller mellom tverrsnitt av protoner som knuser andre protoner kontra protoner som smeller inn i antiprotoner. Og den eneste måten å forklare forskjellen på er å gjenoppstå denne tiår gamle ideen om odderon. Det kan være andre forklaringer på dataene (med andre ord andre former for eksotiske partikler), men odderoner, så rare som det ser ut, ser ut til å være den beste kandidaten.
Fant TOTEM noe nytt og funky om universet? Helt sikkert. Oppdaget TOTEM en helt ny partikkel? Nei, fordi odderoner er kvasipartikler, ikke partikler i seg selv. Hjelper det oss å skyve forbi grensene for kjent fysikk? Helt sikkert. Bryter det kjent fysikk? Nei, fordi odderoner ble spådd å eksistere innenfor vår nåværende forståelse.
Virker alt det litt rart for deg?
Paul M. Sutter er en astrofysiker hos Ohio State University, vert av Spør en Spaceman og Space Radio, og forfatter av Din plass i universet.
