Sembra l'inizio di un enigma della fisica molto brutto: sono una particella che non lo è davvero; Svanisco prima ancora di poter essere rilevato, eppure può essere visto. Rompo la tua comprensione della fisica ma non riesco a rivedere le tue conoscenze. Chi sono?
È un odderon, una particella ancora più strana di quanto suggerisce il suo nome, e potrebbe essere stata recentemente rilevata nel Large Hadron Collider, il più potente smacchiatore di atomi, in cui le particelle vengono compresse alla velocità della luce vicino a una lunghezza di 17 miglia ( 27 chilometri) anello vicino a Ginevra in Svizzera.
È solo complicato
Prima di tutto, l'odderon non è davvero una particella. Quelle che consideriamo particelle sono generalmente molto stabili: elettroni, protoni, quark, neutrini e così via. Puoi tenerne un po 'in mano e portarle in giro con te. Cavolo, la tua mano è letteralmente fatta di loro. E la tua mano non svanirà nel nulla in qualsiasi momento presto, quindi possiamo probabilmente supporre con sicurezza che le sue particelle fondamentali siano a lungo termine.
Ci sono altre particelle che non durano a lungo ma continuano ad essere chiamate particelle. Nonostante le loro brevi vite, rimangono particelle. Sono liberi, indipendenti e in grado di vivere da soli, separati da qualsiasi interazione: questi sono i tratti distintivi di una particella reale.
E poi c'è la cosiddetta quasiparticella, che è solo un gradino sopra per non essere affatto una particella. Le quasiparticelle non sono esattamente particelle, ma non sono nemmeno esattamente finzione. È solo ... complicato.
Come in, letteralmente complicato. In particolare, le interazioni di particelle a velocità molto elevate diventano complicate. Quando due protoni si infrangono l'uno contro l'altro quasi alla velocità della luce, non è come due palle da biliardo che si rompono insieme. È più come due chiazze di meduse che si muovono l'una nell'altra, facendo capovolgere le viscere e avere tutto riorganizzato prima che tornino ad essere meduse in uscita.
Quasi sensazione
In tutto questo complicato disordine, a volte compaiono strani schemi. Piccole particelle spuntano dentro e fuori dall'esistenza in un batter d'occhio, solo per essere seguite da un'altra fugace particella - e un'altra. A volte questi lampi di particelle compaiono in una sequenza o modello particolare. A volte non sono nemmeno lampi di particelle, ma solo vibrazioni nella zuppa della miscela della collisione - vibrazioni che suggeriscono la presenza di una particella transitoria.
È qui che i fisici affrontano un dilemma matematico. Possono o tentare di descrivere completamente tutto il complicato disordine che porta a questi schemi effervescenti, oppure possono fingere - puramente per comodità - che questi schemi sono "particelle" a sé stanti, ma con proprietà strane, come le masse negative e giri che cambiano con il tempo.
I fisici scelgono quest'ultima opzione, e così nasce la quasiparticella. Le quasiparticelle sono brevi schemi effervescenti o increspature di energia che compaiono nel mezzo di una collisione di particelle ad alta energia. Ma dal momento che ci vuole un sacco di legwork per descrivere completamente questa situazione matematicamente, i fisici prendono alcune scorciatoie e fingono che questi schemi siano le loro particelle. È fatto solo per rendere la matematica più facile da gestire. Quindi, le quasiparticelle sono trattate come particelle, anche se sicuramente non lo sono.
È come fingere che le battute di tuo zio siano in realtà divertenti. È quasifunny puramente per motivi di convenienza.
Sera le probabilità
Un particolare tipo di quasiparticella è chiamato odderon, previsto per esistere negli anni '70. Si pensa che appaia quando un numero dispari di quark - particelle adolescenti che sono i mattoni della materia - lampeggiano brevemente dentro e fuori dall'esistenza durante le collisioni di protoni e antiprotoni. Se gli odderon sono presenti in questo scenario di smashup, ci sarà una leggera differenza nelle sezioni trasversali (gergo fisico per quanto facilmente una particella colpisce un'altra) delle collisioni tra particelle con se stesse e con le loro antiparticelle.
Quindi, se sbattiamo insieme un gruppo di protoni, ad esempio, possiamo calcolare una sezione trasversale per quella interazione. Quindi, possiamo ripetere questo esercizio per le collisioni protone-antiprotone. In un mondo senza odderon, queste due sezioni trasversali dovrebbero essere identiche. Ma gli odderon cambiano il quadro: questi brevi schemi che chiamiamo odderon appaiono più favorevolmente nelle particelle-particella rispetto alle collisioni antiparticle-antiparticelle, che modificheranno leggermente le sezioni trasversali.
Il problema è che si prevede che questa differenza sia molto, molto piccola, quindi avresti bisogno di una tonnellata di eventi o collisioni, prima di poter richiedere un rilevamento.
Ora, se solo avessimo un gigantesco collettore di particelle che fracassava regolarmente protoni e antiprotoni, e lo faceva a così alte energie e così spesso che potevamo ottenere statistiche affidabili. Oh, giusto: lo facciamo, il Large Hadron Collider.
In un recente articolo, pubblicato il 26 marzo sul server di prestampa arXiv, la collaborazione TOTEM (negli esilaranti gerghi della fisica delle alte energie, TOTEM sta per "TOTal crossse, Elastic scattering and diffraction dissociation Measurement at the LHC") differenze significative tra le sezioni trasversali dei protoni che distruggono altri protoni rispetto ai protoni che si schiantano contro gli antiprotoni. E l'unico modo per spiegare la differenza è resuscitare questa vecchia idea di Odderon. Potrebbero esserci altre spiegazioni per i dati (in altre parole, altre forme di particelle esotiche), ma Odderon, per quanto strano possa sembrare, sembra essere il miglior candidato.
TOTEM ha scoperto qualcosa di nuovo e funky sull'universo? Di sicuro. TOTEM ha scoperto una particella nuova di zecca? No, perché gli odderon sono quasiparticelle, non particelle a sé stanti. Ci aiuta ancora a superare i confini della fisica conosciuta? Di sicuro. Rompe la fisica conosciuta? No, perché si prevedeva che gli odderon esistessero nella nostra attuale comprensione.
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Paul M. Sutter è un astrofisico a La Ohio State University, ospite di Chiedi a un astronauta e Space Radioe autore di Il tuo posto nell'universo.
