Ερευνητικές ομάδες από CERN και Fermilab ανακοίνωσαν σημαντική ανακάλυψη μιας διαφεύγουσας κατάστασης τριών γλοιονίων

Η συνεργασία TOTEM στον LHC, με την συνεργασία DØ στον επιταχυντή σύγκρουσης Tevatron, στο Fermlab, ανακοίνωσαν την ανακάλυψη του odderon – μιας διαφεύγουσας κατάστασης τριών βασικών σωματίων αποκαλούμενων γλοιόνια που προβλέφθηκε περίπου πριν από 50 χρόνια. Το αποτέλεσμα παρουσιάστηκε κατά τη διάρκεια διαδικτυακής συνάντησης στο CERN. «Το αποτέλεσμα διερευνά τα βαθύτερα χαρακτηριστικά της θεωρίας της κβαντικής χρωμοδυναμικής, ιδίως ότι τα γλοιόνια αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους και ότι ένας περιττός αριθμός γλοιονίων μπορεί να είναι «άχρωμος», προστατεύοντας έτσι την ισχυρή αλληλεπίδραση. Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό της εργασίας αυτής είναι ότι τα αποτελέσματα παρήχθησαν με συνδυασμό δεδομένων από LHC και Tevatron, σε διαφορετικές ενέργειες», σημειώνει ο Simone Giani, εκπρόσωπος τύπου του TOTEM, στο CERN.

Καταστάσεις που συνίστανται από δυο, τρία ή περισσότερα γλοιόνια συνήθως καλούνται «γλοιομπάλλες» (glueballs) και είναι περίεργα αντικείμενα φτιαγμένα μόνο από φορείς της ισχυρής δύναμης. Ο ερχομός της κβαντικής χρωμοδυναμικής (QCD) οδήγησε τους θεωρητικούς να προβλέψουν την ύπαρξη του odderon το 1973. Η επαλήθευση της ύπαρξής του υπήρξε μια σημαντική πειραματική πρόκληση, που – ωστόσο – απαιτεί λεπτομερείς μετρήσεις των πρωτονίων καθώς εξοστρακίζει το ένα το άλλο σε συγκρούσεις υψηλής ενέργειες.

Το 2018, στο πείραμα TOTEM αναφέρθηκαν μετρήσεις σε υψηλές ενέργειες που θα μπορούσαν όχι εύκολα να εξηγηθούν με την ιδέα της ανταλλαγής μιας «χρωματικά ουδέτερης» εικονικής γλοιομπάλλας, που αποτελείται από άρτιο αριθμό γλοιονίων (pomeron). Αντίθετα, ένα άλλο αντικείμενο QCD έμοιαζε να παίζει ρόλο, υποστηρίζοντας μοντέλα στα οποία ανταλλάχθηκε μια ένωση τριών γλοιονίων ή μια που περιλαμβάνει μεγαλύτερους περιττούς αριθμούς γλοιονίων. Τα αποτελέσματα ήταν αρκετά για να υπάρξει ο ισχυρισμός στοιχείων για το odderon, αν και όχι ακόμη η οριστική του παρατήρηση.

Η νέα εργασία βασίζεται σε ένα μοντέλο ανάλυσης δεδομένων. Οι ομάδες TOTEM και DØ σύγκριναν δεδομένα συγκρούσεων πρωτονίων στο LHC (που καταγράφηκαν σε ενέργειες σύγκρουσης 2,76, 7,8 και 13 TeV και προεκτεινόμενες στα 1,96 TeV), με τα δεδομένα πρωτονίων-αντιπρωτονίων που μετρήθηκαν στο Tevatron στα 1,96 TeV και βρήκαν και πάλι στοιχεία το το odderon. Όταν οι ομάδες συνδύασαν το αποτέλεσμα με μετρήσεις σε πολύ μικρότερες γωνίες σκέδασης στα 13 TeV από τη συνεργασία TOTEM, η σημαντικότητα του αποτελέσματος εκτοξεύθηκε στο επίπεδο τη ανακάλυψης: η σημαντικότητα του αποτελέσματος είναι στην περιοχή 5,2 – 5,7 τυπικές αποκλίσεις και έτσι συνιστά την πρώτη πειραματική παρατήρηση του odderon. Είναι μια σημαντική ανακάλυψη από το CERN και το Fermilab.