Физики обнаружили частицу, которой на самом деле нет

Физики обнаружили очень странную частицу, которая вообще не является частицей.

Звучит как начало очень плохой загадки физики. Это частица, все же ее можно увидеть. Она нарушает понимание физики

Это оддерон, частица, которая еще более странная, чем ее название, и она недавно была обнаружена в Большом адронном коллайдере, самом мощном разрушителе атомов, где частицы сжимаются со скоростью, близкой к скорости света.

Во-первых, оддерон на самом деле не частица. То, что считается частицами, обычно очень устойчиво: электроны, протоны, кварки, нейтрино и так далее. Их можно держать в руке и носить с собой. Да и наши руки буквально состоят из них.

Есть и другие частицы, которые существуют недолго, но все равно называются частицами. Несмотря на свою короткую жизнь, они остаются частицами. Они свободны, независимы и способны жить самостоятельно, отдельно от любых взаимодействий — это признаки реальных частиц.

А еще есть так называемая квазичастица, которая всего на одну ступень выше того, чтобы вообще не может быть частицей. Квазичастицы - это не совсем частицы, но и не вымысел. Это одна из самых больших неразгаданных тайн в физике.

Это сложно понять. В частности, усложняются взаимодействия частиц на сверхвысоких скоростях. Когда два протона сталкиваются друг с другом почти со скоростью света, это не похоже на треск двух бильярдных шаров. Это больше похоже на две медузы, которые сталкиваются друг с другом, выворачиваются наизнанку и все изменяют, прежде чем они снова станут медузами на выходе.

Во всей этой запутанной неразберихе иногда появляются странные узоры. Мельчайшие частицы появляются и исчезают в мгновение ока, а за ними следует еще одна мимолетная частица и еще одна. Иногда эти вспышки частиц появляются в определенной последовательности или паттерне. Иногда это даже не вспышки частиц вообще, а просто вибрации в супе смеси столкновений — вибрации, которые предполагают наличие преходящей частицы.

Именно здесь физики сталкиваются с математической дилеммой. Они могут либо попытаться полностью описать всю сложную путаницу, которая приводит к этим шипучим узорам, либо притвориться — исключительно ради удобства — что эти узоры являются «частицами» сами по себе, но со странными свойствами, такими как отрицательные массы, которые меняются со временем.

Физики выбирают последний вариант, и таким образом рождается квазичастица. Квазичастицы - это короткие, шипучие паттерны или рябь энергии, которые появляются в середине столкновения частиц с высокой энергией. Но поскольку для полного математического описания этой ситуации требуется много усилий, физики прибегают к некоторым сокращениям и делают вид, что эти паттерны являются их собственными частицами. Это делается только для того, чтобы облегчить математику. Таким образом, квазичастицы рассматриваются как частицы, хотя они определенно не являются таковыми.

Один из видов квазичастиц называется оддерон, существование которого было предсказано в 1970-х годах. Считается, что он появляется, когда нечетное число кварков — крошечных частиц, которые являются строительными блоками материи — ненадолго вспыхивают и исчезают во время протонных и антипротонных столкновений. Если оддероны присутствуют в этом сценарии, будет небольшая разница в поперечных сечениях столкновений между частицами с собой и с их античастицами.

Так, например, если собрать кучу протонов вместе, можно вычислить поперечное сечение для этого взаимодействия. Затем можно повторить это упражнение для протонно-антипротонных столкновений. В мире без оддеронов эти два сечения должны быть одинаковыми. Но оддероны меняют картину – эти краткие паттерны, которые называют оддеронами, более благоприятно проявляются в столкновениях частица-частица, чем античастица-античастица, что немного изменит поперечные сечения.

Проблема в том, что эта разница предсказана очень маленькой частицей, поэтому понадобится тонна событий или столкновений, прежде чем можно заявить об обнаружении.

По словам физиков, если бы под рукой был гигантский коллайдер частиц, который регулярно сталкивал бы протоны и антипротоны вместе, и делал бы это при таких высоких энергиях и так часто, можно было бы получить достоверную статистику.

Сотрудничество Тотема (в веселых аббревиатурах физики высоких энергий тотем означает «общее поперечное сечение, измерение упругого рассеяния и дифракционной диссоциации на баке») сообщило о значительных различиях между поперечными сечениями протонов, разбив другие протоны против протонов, врезающихся в антипротоны. И единственный способ объяснить разницу - воскресить десятилетнюю идею оддерона. Могут быть другие объяснения для данных (другими словами, другие формы экзотических частиц), но оддероны, как это ни странно, кажутся лучшим кандидатом.

Тотем открыл что-то новое и необычное во Вселенной? Наверняка. Тотем открыл совершенно новую частицу? Нет, потому что оддероны - это квазичастицы, а не частицы сами по себе. Помогает ли это преодолеть границы известной физики? Наверняка. Нарушает ли это известную физику? Нет, потому что предсказывалось, что оддероны существуют в нашем нынешнем понимании. Все это кажется немного странным.