זה נשמע כמו התחלת חידת פיזיקה גרועה מאוד: אני חלקיק שבאמת לא; אני נעלם עוד לפני שאפשר לאתר אותי, ובכל זאת ניתן לראות אותו. אני שובר את ההבנה שלך בפיזיקה אבל לא משפץ על הידע שלך. מי אני?
מדובר באודדרון, חלקיק שהוא אפילו יותר משונה מכפי ששמו מרמז, וייתכן שהוא התגלה לאחרונה ב- Big Hadron Collider, פיצוץ האטום החזק ביותר, שם חלקיקים מכוסמים במהירות האור הקרובה סביב אורך של 17 מייל ( 27 ק"מ) מצלצל ליד ז'נבה בשוויץ.
זה פשוט מסובך
ראשית, האודדרון הוא לא ממש חלקיק. מה שאנחנו חושבים עליו כעל חלקיקים הם בדרך כלל יציבים מאוד: אלקטרונים, פרוטונים, קווארקים, נייטרינים וכן הלאה. אתה יכול להחזיק חבורה מהם בידך ולשאת אותם איתך. לעזאזל, היד שלך ממש עשויה מהם. והיד שלך לא נעלמת לאוויר ברגע הקרוב, כך שאנו יכולים להניח בבטחה שהחלקיקים הבסיסיים שלה נמצאים בטווח הארוך.
ישנם חלקיקים אחרים שלא נמשכים זמן רב אך עדיין נקראים חלקיקים. למרות תקופת החיים הקצרה שלהם, הם נשארים חלקיקים. הם חופשיים, עצמאיים ומסוגלים לחיות בכוחות עצמם, נפרדים מכל אינטראקציות - אלה הם סימני ההיכר של חלקיק אמיתי.
וישנו מה שנקרא quasiparticle, שהוא רק צעד אחד מעל להיותו לא חלקיק בכלל. חלקיקים quasip הם לא בדיוק חלקיקים, אבל הם גם לא בדיוק בדיוני. זה פשוט ... מסובך.
כמו, פשוטו כמשמעו, מסובך. בפרט, אינטראקציות של חלקיקים במהירויות על-על מסתבכות. כששני פרוטונים מתנפצים זה לזה כמעט במהירות האור, זה לא כמו שני כדורי ביליארד שמתפצחים יחד. זה דומה יותר לשתי כתמי מדוזה המתנדנדים זה לזה, מקבלים את האומץ שלהם מבפנים החוצה והכל מסתדר מחדש לפני שהם חוזרים להיות מדוזות בדרך החוצה.
מרגיש מעין
בכל הבלגן המסובך הזה מופיעים לפעמים דפוסים מוזרים. חלקיקים זעירים צצים אל תוך קיומם כהרף עין, רק אחריהם יש עוד חלקיק חולף - ועוד אחד. לפעמים הבזקי חלקיקים אלו מופיעים ברצף או בדפוס מסוים. לפעמים זה אפילו לא הבזקים של חלקיקים, אלא רק רעידות במרק של תערובת ההתנגשות - רעידות המרמזות על נוכחות של חלקיק חולף.
כאן פיסיקאים עומדים בפני דילמה מתמטית. הם יכולים לנסות ולתאר במלואם את כל הבלגן הסבוך שמוביל לדפוסים הנסיוניים הללו, או שהם יכולים להעמיד פנים - מטעמי נוחות בלבד - כי דפוסים אלה הם "חלקיקים" בפני עצמם, אך עם תכונות משונות, כמו המונים שליליים. וספינים שמשתנים עם הזמן.
הפיזיקאים בוחרים באפשרות האחרונה, וכך נולד החלקיקים. חלקיקים מרובעים הם תבניות קצרות וחולקות או אדוות אנרגיה המופיעות בעיצומה של התנגשות חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה. אך מכיוון שנדרש הרבה עבודות רגליים בכדי לתאר באופן מלא את המצב הזה באופן מתמטי, הפיזיקאים לוקחים כמה קיצורי דרך ומעמידים פנים שהדפוסים הללו הם החלקיקים שלהם. זה נעשה רק כדי להקל על הטיפול במתמטיקה. אז חלקיקים קוואזיים מתייחסים לחלקיקים, למרות שהם בהחלט לא.
זה כמו להעמיד פנים שהבדיחות של דודך ממש מצחיקות. הוא נוח להפליא מטעמי נוחות.
ערב הסיכויים
סוג מסוים של quasiparticle נקרא odderon, שנחזה להתקיים בשנות השבעים. אפשר לחשוב שמופיע מספר לא מבוטל של קווארקים - חלקיקים בני נוער שהם אבני הבניין של החומר - מהבהבים בקצרה מתוך קיום במהלך התנגשויות פרוטון ואנטי-פרוטון. אם קיימים אודרונים בתרחיש ניפוץ זה, יהיה הבדל קל בחתכים הרוחביים (ז'רגון פיזיקה לאופן קלות חלקיק אחד מכה בפרק אחר) של התנגשויות בין חלקיקים עם עצמם ועם החלקיקים שלהם.
כך, אם נטרוף יחד חבורה של פרוטונים, נוכל לחשב חתך רוחב לאינטראקציה ההיא. לאחר מכן, אנו יכולים לחזור על תרגיל זה להתנגשויות פרוטון-אנטי-פרוטון. בעולם ללא אודרות, שני החלקים האלו צריכים להיות זהים. אולם אודרונים משנים את התמונה - דפוסים קצרים אלה שאנו מכנים אודרדונים מופיעים לטובה יותר בחלקיקי החלקיקים מאשר התנגשויות אנטי-חלקיקים-חלקיקים, אשר ישנו מעט את חתכי הרוחב.
הבעיה היא שההבדל הזה צפוי להיות מאוד מאוד קטן, כך שתצטרך המון אירועים, או התנגשויות, לפני שתוכל לטעון איתור.
עכשיו, אם רק היה לנו קופץ חלקיקים ענקי שנישק באופן קבוע פרוטונים ואנטי-פרוטונים, ועשה זאת באנרגיות כה גבוהות ולעתים קרובות כל כך שנוכל להשיג סטטיסטיקות אמינות. אה, נכון: אנחנו כן, קדרדר הדרון הגדול.
במאמר שפורסם לאחרונה ב -26 במרץ בשרת ההדפסה המקדימה arXiv, דיווח שיתוף הפעולה TOTEM (במוצרי הז'רגון המצחיקים של הפיזיקה האנרגטית העליונה, TOTEM מייצג "חתך מוחלט של TOTAL, פיזור אלסטי ומדידת דיפרקציה במדידת ה- LHC"). הבדלים משמעותיים בין חתכים רוחביים של פרוטונים המנפצים פרוטונים אחרים לעומת פרוטונים הנגרמים לאנטי-פרוטונים. והדרך היחידה להסביר את ההבדל היא להחיות מחדש את הרעיון הזה בן עשרות שנים לאודרון. יתכן שיש הסברים אחרים לנתונים (במילים אחרות, צורות אחרות של חלקיקים אקזוטיים), אך אודרונים, כמה שזה נראה מוזר ככל הנראה, הם המועמדים הטובים ביותר.
האם TOTEM גילה משהו חדש ומהנה ביקום? בטוח. האם TOTEM גילה חלקיק חדש לגמרי? לא, מכיוון שאודרונים הם חלקיקים quasipik, לא חלקיקים בפני עצמם. האם זה עדיין עוזר לנו לדחוף את גבולות הפיזיקה הידועה? בטוח. האם זה שובר פיזיקה ידועה? לא, מכיוון שחזוי שאודרונים היו קיימים בהבנתנו הנוכחית.
האם כל מה שנראה לך קצת מוזר?
פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי ב אוניברסיטת מדינת אוהיו, מארח של תשאל איש חלל ו רדיו שטח, ומחבר מקומך ביקום.
