Det lyder som starten på en meget dårlig fysik gåte: Jeg er en partikel, der virkelig ikke er; Jeg forsvinder, før jeg endda kan opdages, men alligevel kan ses. Jeg bryder din forståelse af fysik men overvejer ikke din viden. Hvem er jeg?
Det er en odderon, en partikel, der er endnu mere underlig, end navnet antyder, og den er måske for nylig blevet påvist hos Large Hadron Collider, den mest kraftfulde atomknusere, hvor partikler er lynlåst med en nær lyshastighed omkring en 17 mil lang ( 27 kilometer) ring i nærheden af Genève i Schweiz.
Det er bare kompliceret
For det første er odderon egentlig ikke en partikel. Det, vi betragter som partikler, er normalt meget stabilt: elektroner, protoner, kvarker, neutrinoer og så videre. Du kan holde en masse af dem i din hånd og bære dem med dig. Pokker, din hånd er bogstaveligt talt lavet af dem. Og din hånd forsvinder ikke hurtigt i tynd luft, så vi kan sandsynligvis med sikkerhed antage, at dens grundlæggende partikler er på lang sigt.
Der er andre partikler, der ikke varer længe, men stadig kaldes partikler. På trods af deres korte levetid forbliver de partikler. De er frie, uafhængige og i stand til at leve på egen hånd, adskilt fra enhver interaktion - det er kendetegnene for en rigtig partikel.
Og så er der den såkaldte kvasipartikel, som kun er et trin over at være overhovedet ikke-en-partikel. Kvasipartikler er ikke nøjagtigt partikler, men de er heller ikke ligefrem fiktion. Det er bare ... kompliceret.
Som i bogstaveligt talt kompliceret. Især bliver interaktioner mellem partikler ved superhøjhastigheder komplicerede. Når to protoner smadrer ind i hinanden med næsten lysets hastighed, er det ikke som to billardkugler der spraker sammen. Det er mere som to klatter af vandmænd, der vugger ind i hinanden, får deres tarm indvendigt og ud og får alt omarrangeret, før de vender tilbage til at være vandmænd på vej ud.
Føler mig kvasi
I al denne komplicerede rodhed vises nogle gange mærkelige mønstre. Små partikler springer ind og ud af eksistensen med et øjeblik blink, kun for at blive efterfulgt af en anden flygtig partikel - og en anden. Nogle gange vises disse blink af partikler i en bestemt sekvens eller mønster. Nogle gange er det overhovedet ikke blinker af partikler, men blot vibrationer i suppen af blandingen af kollisionen - vibrationer, der antyder tilstedeværelsen af en kortvarig partikel.
Det er her fysikere står overfor et matematisk dilemma. De kan enten forsøge at fuldt ud beskrive al den komplicerede rodhed, der fører til disse brusende mønstre, eller de kan foregive - rent for nemheds skyld - at disse mønstre er "partikler" i sig selv, men med ulige egenskaber, som negative masser og spins, der ændrer sig med tiden.
Fysikere vælger den sidstnævnte mulighed, og dermed fødes kvasipartiklen. Kvasipartikler er korte, brusende mønstre eller krusninger af energi, der vises midt i en højenergikartikelkollision. Men da det kræver en masse benarbejde for fuldt ud at beskrive denne situation matematisk, tager fysikere nogle genveje og foregiver, at disse mønstre er deres egne partikler. Det gøres bare for at gøre matematikken lettere at håndtere. Så kvasipartikler behandles som partikler, selvom de bestemt ikke er det.
Det er som at foregive, at din onkel's vittigheder faktisk er sjove. Han er quasifunny udelukkende for nemheds skyld.
Aften odds
En bestemt slags kvasipartikel kaldes odderon, der blev forudsagt at eksistere i 1970'erne. Det antages at dukke op, når et ulige antal kvarker - teensige partikler, der er byggestenene for materie - kort blinker ind og ud af eksistensen under proton- og antiproton-kollisioner. Hvis odderoner er til stede i dette smashup-scenarie, vil der være en lille forskel i tværsnittene (fysik-jargon for hvor let en partikel rammer en anden) af kollisioner mellem partikler med sig selv og med deres antipartikler.
Så hvis vi f.eks. Smeller en flok protoner sammen, kan vi beregne et tværsnit for den interaktion. Derefter kan vi gentage denne øvelse for proton-antiproton-kollisioner. I en verden uden odderoner burde disse to tværsnit være identiske. Men odderoner ændrer billedet - disse korte mønstre, vi kalder odderoner, forekommer mere fordelagtigt i partikel-partikel end antipartikel-antipartikelkollisioner, som let ændrer tværsnittene.
Problemet er, at denne forskel forventes at være meget, meget lille, så du har brug for et væld af begivenheder eller kollisioner, før du kunne kræve en detektion.
Hvis vi nu bare havde en kæmpe partikelcollider, der regelmæssigt knuste protoner og antiprotoner sammen og gjorde det ved så høje energier og så ofte, at vi kunne få pålidelige statistikker. Åh, højre: Det gør vi, den store Hadron Collider.
I et nyligt papir, der blev offentliggjort 26. marts på preprint-serveren arXiv, er TOTEM-samarbejdet (i den sjove akronymer af højenergifysik, TOTEM står for "TOTalt tværsnit, elastisk spredning og diffraktion dissociation Måling ved LHC") rapporteret signifikante forskelle mellem tværsnittene af protoner, der smadrer andre protoner mod protoner, der smækker i antiprotoner. Og den eneste måde at forklare forskellen på er at genoplive denne årtier gamle idé om odderon. Der kan være andre forklaringer på dataene (med andre ord andre former for eksotiske partikler), men odderoner, så underlige som det ser ud, ser ud til at være den bedste kandidat.
Opdagede TOTEM noget nyt og funky ved universet? Helt sikkert. Opdagede TOTEM en splinterny partikel? Nej, fordi odderoner er kvasipartikler, ikke partikler i sig selv. Hjælper det os stadig med at skubbe forbi grænser for kendt fysik? Helt sikkert. Bryder det kendt fysik? Nej, fordi odderoner blev forudsagt at eksistere inden for vores nuværende forståelse.
Synes alt det, du er lidt underligt for dig?
Paul M. Sutter er en astrofysiker hos Ohio State University, vært for Spørg en Spaceman og Space Radio, og forfatter af Dit sted i universet.
