CERN: Στα πρωτόνια μπορεί να κρύβονται παράξενες περιττού αριθμού ενώσεις γλοιονίων

(Image: Maximilien Brice/CERN)

Τα πρωτόνια είναι γνωστό ότι περιέχουν κουάρκ και γλοιόνια. Συμπεριφέρονται όμως τα γλοιόνια όπως αναμένονταν; Επιστήμονες από τη συνεργασία TOTEM (Total, elastic and diffractive cross-section measurement) μπορεί να έχουν βρει έμμεσες ενδείξεις μιας υποατομικής ένωσης γλοιονίων στις συγκρούσεις μεταξύ των πρωτονίων. Μια τέτοια κατάσταση, που θεωρητικά προσεγγίστηκε τη δεκαετία του 1970, τότε αποδόθηκε ως «Odderon», συνίσταται από περιττό αριθμό γλοιονίων.
Συνήθως, τα πρωτόνια που συγκρούονται στο LHC (Large Hadron Collider) θρυμματίζονται και δημιουργούν νέα σωματίδια. Ωστόσο μερικές φορές, περίπου 25%, επιβιώνουν άθικτα από τη σύγκρουση. Αντί να διασπαστούν σε κομμάτια, αλλάζουν μόνο την κατεύθυνσή τους και εμφανίζονται στον ανιχνευτή σε πολύ μικρές γωνίες ως προς τον αγωγό δέσμης. Η απόκλισή τους σε μια απόσταση 200 μέτρων είναι της τάξης του ενός χιλιοστομέτρου. Αυτού του τύπου η αλληλεπίδραση αποκαλείται «ελαστική σκέδαση» και είναι η εξειδίκευση του TOTEM, του μεγαλύτερου πειράματος του CERN. Για να γίνει δυνατό να ανιχνευτούν τα πρωτόνια που επιβιώνουν, οι ανιχνευτές απλώνονται κατά μήκος περίπου μισού χιλιομέτρου γύρω από το σημείο αλληλεπίδρασης CMS.
Τα κουάρκ στο πρωτόνιο συνδέονται με γλοιόνια, τους φορείς της ισχυρής δύναμης. Οι φυσικοί έχουν εξηγήσει με επιτυχία την ελαστική σκέδαση με μεταφορά χαμηλής ορμής και υψηλές ενέργειες με την ανταλλαγή ενός «Pomeron», που στην σύγχρονη γλώσσα είναι μια κατάσταση δυο ομαδοποιημένων γλοιονίων. Το πείραμα TOTEM μέτρησε με ακρίβεια την διαδικασία της ελαστικής σκέδασης στα 13 TeV για να εξαγάγει την ολική πιθανότητα για τις συγκρούσεις πρωτονίων, καθώς και την αποκαλούμενη παράμετρο ρ, που βοηθάει για να εξηγηθεί η διαφορά στην σκέδαση στη σύγκρουση πρωτονίων και στη σύγκρουση αντιπρωτονίου-πρωτονίου.

Συνδυάζοντας αυτές τις δυο μετρήσεις, η συνεργασία TOTEM βρίσκει καλύτερη συμφωνία με θεωρητικά μοντέλα που δείχνουν την ανταλλαγή τριών συγκεντρωμένων γλοιονίων. Παρόλο που αυτή η ανταλλαγή προβλέφθηκε από την Κβαντική Χρωμοδυναμική (QCD) θεωρία κατά τη δεκαετία του 1980, κανένα πειραματικό στοιχείο δεν παρουσιάστηκε μέχρι σήμερα. Οι μετρήσεις δείχνουν επίσης μια αργή μείωση της ολικής πιθανότητας της σκέδασης με την ενέργεια. Ενώ κάτι αναμένονταν στις πολύ υψηλότερες ενέργειες, δεν υπήρχε ένδειξη ενός τέτοιου αποτελέσματος σε προηγούμενα δεδομένα.
«Οι μετρήσεις αυτές εξερευνούν για πρώτη φορά τη συμπεριφορά των πρωτονίων σε ελαστικές αλληλεπιδράσεις στην υψηλότατη ενέργεια των 13 TeV. Τα αποτελέσματα αυτά που ελήφθησαν με εκπληκτική ακρίβεια, έγιναν δυνατά λόγω της εκπληκτικής απόδοσης των ανιχνευτών του TOTEM και τις εξαιρετικές δυνατότητες του LHC», παρατήρησε ο εκπρόσωπος του TOTEM, Simone Giani.
Εάν τρία γλοιόνια πραγματικά διαμορφώνουν μια ένωση, θα έπρεπε να εμφανίζεται και σε άλλα πειράματα σκέδασης. Έτσι οι φυσικοί αναζητούν εξειδικευμένα πειράματα για να διαπιστώσουν αν μια τέτοια ένωση διαμορφώνεται πραγματικά. Για να εξερευνήσουν περαιτέρω και να επιβεβαιώσουν τις θεωρητικές ερμηνείες, σχεδιάζεται να γίνει ένας ειδικός γύρος πρωτονίων στο LHC σε μια ενέργεια 900 GeV, το 2018, για να συλλεχθούν περισσότερα δεδομένα και θα εμπλέκει επίσης και άλλα πειράματα του LHC.

Πηγή: CERN  egno.gr