Es klingt wie der Beginn eines sehr schlechten Physik-Rätsels: Ich bin ein Teilchen, das es wirklich nicht ist; Ich verschwinde, bevor ich überhaupt entdeckt werden kann, aber noch gesehen werden kann. Ich breche dein Verständnis von Physik, aber überarbeite dein Wissen nicht. Wer bin ich?
Es ist ein Odderon, ein Teilchen, das noch seltsamer ist, als der Name vermuten lässt, und es wurde möglicherweise kürzlich beim Large Hadron Collider, dem stärksten Atomzerstörer, entdeckt, bei dem Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit etwa 17 Meilen lang gezippt werden ( 27 Kilometer) Ring bei Genf in der Schweiz.
Es ist nur kompliziert
Zunächst einmal ist das Odderon nicht wirklich ein Teilchen. Was wir als Teilchen betrachten, ist normalerweise sehr stabil: Elektronen, Protonen, Quarks, Neutrinos und so weiter. Sie können ein paar davon in der Hand halten und mit sich herumtragen. Verdammt, deine Hand ist buchstäblich aus ihnen gemacht. Und Ihre Hand verschwindet nicht so schnell in Luft, sodass wir wahrscheinlich davon ausgehen können, dass ihre fundamentalen Partikel langfristig vorhanden sind.
Es gibt andere Partikel, die nicht lange halten, aber dennoch als Partikel bezeichnet werden. Trotz ihrer kurzen Lebensdauer bleiben sie Partikel. Sie sind frei, unabhängig und in der Lage, alleine zu leben, getrennt von jeglichen Interaktionen - das sind die Markenzeichen eines echten Teilchens.
Und dann gibt es das sogenannte Quasiteilchen, das nur einen Schritt darüber liegt, überhaupt kein Teilchen zu sein. Quasiteilchen sind nicht genau Partikel, aber sie sind auch nicht genau Fiktion. Es ist nur ... kompliziert.
Wie in buchstäblich kompliziert. Insbesondere Wechselwirkungen von Partikeln mit superhohen Geschwindigkeiten werden kompliziert. Wenn zwei Protonen fast mit Lichtgeschwindigkeit ineinander schlagen, ist es nicht so, als würden zwei Billardkugeln zusammenbrechen. Es ist eher so, als würden zwei Quallenklumpen ineinander wackeln, ihre Eingeweide auf den Kopf stellen und alles neu ordnen, bevor sie auf dem Weg nach draußen wieder zu Quallen werden.
Ich fühle mich quasi
In all dieser komplizierten Unordnung erscheinen manchmal seltsame Muster. Winzige Partikel tauchen im Handumdrehen auf und ab, gefolgt von einem weiteren flüchtigen Partikel - und einem weiteren. Manchmal erscheinen diese Partikelblitze in einer bestimmten Reihenfolge oder einem bestimmten Muster. Manchmal sind es überhaupt keine Partikelblitze, sondern lediglich Vibrationen in der Suppe der Mischung der Kollision - Vibrationen, die auf das Vorhandensein eines vorübergehenden Partikels hinweisen.
Hier stehen Physiker vor einem mathematischen Dilemma. Sie können entweder versuchen, die komplizierte Unordnung, die zu diesen sprudelnden Mustern führt, vollständig zu beschreiben, oder sie können - nur der Einfachheit halber - so tun, als wären diese Muster eigenständige "Teilchen", aber mit merkwürdigen Eigenschaften wie negativen Massen und Spins, die sich mit der Zeit ändern.
Physiker wählen die letztere Option, und so wird das Quasiteilchen geboren. Quasiteilchen sind kurze, sprudelnde Muster oder Energiewellen, die inmitten einer hochenergetischen Teilchenkollision auftreten. Da es jedoch viel Beinarbeit erfordert, um diese Situation mathematisch vollständig zu beschreiben, nehmen die Physiker einige Abkürzungen und geben vor, dass diese Muster ihre eigenen Teilchen sind. Es wird nur gemacht, um die Mathematik einfacher zu handhaben. Quasiteilchen werden also wie Teilchen behandelt, obwohl dies definitiv nicht der Fall ist.
Es ist, als würde man so tun, als wären die Witze Ihres Onkels wirklich lustig. Er ist nur der Einfachheit halber quasifunny.
Die Chancen ausgleichen
Eine besondere Art von Quasiteilchen heißt Odderon und wird voraussichtlich in den 1970er Jahren existieren. Es wird angenommen, dass es auftritt, wenn eine ungerade Anzahl von Quarks - teensy Teilchen, die die Bausteine der Materie sind - während Protonen- und Antiprotonenkollisionen kurzzeitig ein- und ausgehen. Wenn in diesem Smashup-Szenario Odderone vorhanden sind, gibt es einen geringfügigen Unterschied in den Querschnitten (Physikjargon dafür, wie leicht ein Teilchen auf ein anderes trifft) von Kollisionen zwischen Teilchen mit sich selbst und mit ihren Antiteilchen.
Wenn wir zum Beispiel eine Reihe von Protonen zusammenschlagen, können wir einen Querschnitt für diese Wechselwirkung berechnen. Dann können wir diese Übung für Proton-Antiproton-Kollisionen wiederholen. In einer Welt ohne Odderone sollten diese beiden Querschnitte identisch sein. Aber Odderone verändern das Bild - diese kurzen Muster, die wir Odderone nennen, treten bei Partikel-Partikel-Kollisionen günstiger auf als bei Antiteilchen-Antiteilchen-Kollisionen, wodurch die Querschnitte geringfügig verändert werden.
Das Problem ist, dass dieser Unterschied voraussichtlich sehr, sehr gering ist, sodass Sie eine Menge Ereignisse oder Kollisionen benötigen, bevor Sie eine Erkennung beanspruchen können.
Wenn wir nur einen riesigen Teilchenkollider hätten, der regelmäßig Protonen und Antiprotonen zusammenschlug und dies bei so hohen Energien und so oft tat, dass wir zuverlässige Statistiken erhalten könnten. Oh, richtig: Wir tun es, der Large Hadron Collider.
In einem kürzlich am 26. März auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlichten Artikel berichtete die TOTEM Collaboration (in den urkomischen Akronymen der Hochenergiephysik steht TOTEM für "TOTal-Querschnitt, Messung der elastischen Streuung und Beugungsdissoziation am LHC") signifikante Unterschiede zwischen den Querschnitten von Protonen, die andere Protonen zerschlagen, und Protonen, die gegen Antiprotonen schlagen. Und der einzige Weg, den Unterschied zu erklären, besteht darin, diese jahrzehntealte Idee des Odderons wiederzubeleben. Es mag andere Erklärungen für die Daten geben (mit anderen Worten, andere Formen exotischer Partikel), aber Odderone, so seltsam es auch scheint, scheinen der beste Kandidat zu sein.
Hat TOTEM etwas Neues und Funkiges am Universum entdeckt? Sicher. Hat TOTEM ein brandneues Partikel entdeckt? Nein, denn Odderone sind Quasiteilchen, keine eigenständigen Teilchen. Hilft es uns immer noch, die Grenzen der bekannten Physik zu überschreiten? Sicher. Bricht es bekannte Physik? Nein, denn nach unserem derzeitigen Verständnis wurde vorausgesagt, dass Odderone existieren.
Kommt Ihnen das alles etwas seltsam vor?
Paul M. Sutter ist Astrophysiker bei Die Ohio State University, Gastgeber von Fragen Sie einen Raumfahrer und Weltraumradiound Autor von Dein Platz im Universum.
