Физики ЦЕРН обнаружили следы "нечетной" глюонной квазичастицы

МОСКВА, 1 апр – РИА Новости. Эксперименты на БАК помогли физикам найти первые следы существования оддерона – причудливой квазичастицы, состоящей из нечетного числа глюонов. Ее открытие объясняет странности, открытые при наблюдениях за столкновениями протонов полвека назад, пишут ученые в статье в журнале EPJ Web of Conferences.

«

"До недавнего времени мы считали, что протоны всегда обмениваются четным числом глюонов при столкновениях. Мы провели первые замеры после обновления БАК, и наши новые данные оказались несовместимы с этой классической моделью. Оказалось, что в этих обменах могут участвовать три, пять, семь или больше глюонов", — заявил Кристоф Ройон (Christophe Royon), со-руководитель эксперимента TOTEM.

В соответствии со Стандартной моделью физики, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками. Протоны, нейтроны и прочие "тяжелые" частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка.

Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – "обычный" кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии. Взаимодействия между кварками, а также распады и превращения различных частиц связаны со вторым ключевым компонентом элементарных частиц - глюонами, переносчиками сильных ядерных взаимодействий.

Тысячи экспериментов, проведенных на БАК, "Тэватроне" и их предшественниках, подтвердили справедливость большинства положений Стандартной модели. При этом они обнаружили несколько странностей, которые одновременно и не противоречат ей, но и не укладываются в наши представления о поведении жителей микромира.

К примеру, больше полувека назад физики из ЦЕРН обнаружили, что столкновения протонов, разогнанных до очень высоких энергий, далеко не всегда приводят к разрушению частиц и рождению "облачка" из первичной материи Вселенной или других, более нестабильных комбинаций кварков и соединяющих их глюонов.

В некоторых случаях, как обнаружили ученые, частицы просто "отскакивают" друг от друга, несколько меняя вектор движения и при этом не разлетаясь на части. Советские физики нашли теоретическое объяснение этому феномену еще в 1960 годах, предположив, что частицы обмениваются своеобразным "пакетом" глюонов, особой квазичастицей, чье поведение описывается в рамках четырехмерного пространства-времени.

«

"Представьте себе протоны как две фуры, чьи открытые прицепы заполнены легковыми машинами. Если они зацепят друг друга или столкнутся, оба грузовика никуда не исчезнут, однако все их "пассажиры" будут выброшены на обочину. Внутри прицепов возникнут новые автомобили благодаря тому, что энергия превратится в материю", — объясняет Тимоти Рабен (Timothy Raben), участник коллаборации.

Долгое время ученые считали, что эти объекты, которые они называют померонами в честь советского физика Исаака Померанчука, могут содержать в себе лишь четное число глюонов. Эта идея была впервые поставлена под сомнение в 1970 годах, когда польские и румынские физики предположили, что в подобных обменах могут участвовать не только "четные" помероны, но и "нечетные" оддероны – квазичастицы, содержащие три и более глюонов.

Их же теория постулировала, что их существование будет проявляться в том, что результаты подобных эластичных столкновений между протонами с одной стороны, и протонами и антипротонами – с другой, будут незаметно, но отличаться.

Прибор TOTEM занимается поисками подобных различий с момента запуска БАК в 2008 году. Изначально ученым не удавалось зафиксировать никаких расхождений, однако последнее обновление коллайдера и его выход на новый уровень мощности резко повысили и чувствительность, и скорость накопления данных по столкновениям тех и других частиц.

В общей сложности Ройону и его коллегам удалось проследить примерно за миллиардом подобных "отскоков" протонов, чего хватило для получения однозначных выводов. Как оказалось, различия в поведении частиц и античастиц действительно существовали, что говорит в пользу существования оддеронов.

Позже ученые сравнили данные с TOTEM и замеры, проведенные на коллайдере "Тэватрон" для частиц антиматерии. Их результаты не противоречили друг другу, что подтвердило их первоначальные выкладки и другие намеки на существование "нечетных" глюонных квазичастиц.

Как подчеркивают физики, само по себе это открытие не говорит о том, что Стандартная модель была серьезно нарушена — существование подобных "нечетных" квазичастиц вполне вписывается в нее. С другой стороны, обнаружение оддерона подтверждает популярную теорию, описывающую "мягкие" столкновения частиц, что важно для сужения поля поисков "новой физики".