Löytyikö nyt Odderon?

9.2.2018
Kansainvälinen fyysikkoryhmä on tehnyt havaintoja, jotka viittaavat kvasihiukkasen olemassaoloon. Myös teoreettiset laskelmat tukevat Cernissä tehtyjä protonitörmäytyskokeita.

Maailmankaikkeuden synnystä ja rakenteesta etsitään uutta tietoa koko ajan. Nyt kansainvälinen tutkijaryhmä kertoo tehneensä havaintoja eräänlaisista kvasihiukkasista, hiukkasista, jotka välittyvät alkeishiukkasten välissä, kun niitä törmäytetään toisiinsa.

Uusi havainto syntyi, kun tutkijat havaitsivat protoniparien törmäyksistä ulostulevia protoneita hyvin pienillä sirontakulmilla.

- Törmäytyksiä on tehty hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa Cernissä, Sveitsissä. Käytimme maailman voimakkainta protonien hiukkastörmäytintä, LHC:tä, hyvin erityisellä tavalla, jotta pienen sirontakulman mittaukset olisivat mahdollisia, kertoo alkeishiukkasfysiikan professori Kenneth Österberg Helsingin yliopistosta.

Österberg koordinoi fysiikan analyysejä Cernin TOTEM-kokeessa, joka julkaisi tämän uuden havainnon vastikään.

Tutkijat onnistuivat kasvattamaan protonien mittaustarkkuutta

- Onnistuimme kasvattamaan protonien mittaustarkkuutta vahvan vuorovaikutuksen ja sähkömagneettisen vuorovaikutuksen rajapinnalla ja tekemään toistaiseksi tarkimman mittauksen niin sanotusta rho-parametristä suurimmalla käytössä olevalla törmäysenergialla, professori Österberg sanoo.

Rho-parametri auttaa ymmärtämään, miten vahvan vuorovaikutuksen alla protonin vuorovaikutus toisten protonien kanssa eroaa sen vuorovaikutuksesta protonien antihiukkasten, antiprotonien, kanssa. 

Odderon on kolmesta gluonista muodostuva tila

Mitattu rho-parametri arvo kahden protonin kokonaistörmäystodennäköisyyden kanssa antaa viitteitä siitä, että tällainen kolmesta gluonista muodostuva tila välittyisi hiukkastörmäyksissä; tutkijat kutsuvat sitä Odderoniksi. Tulkintaa tukevat kahden teoreettisen hiukkasfyysikkoryhmän tekemät laskelmat, jotka julkaistiin muutaman päivän sisällä kokeellisen tuloksen julkistamisesta.

Gluonit ovat vahvan voiman välittäjähiukkasia ja pitävät atomiytimen koossa. Gluonit eivät esiinny vapaina hiukkasina, vaan ne ovat sidottuja hadroniksi kutsuttuihin hiukkasiin, esimerkiksi protoniin, tai niitä esiintyy monta yhdessä.

Löytyikin Odderon Pomeronin lisäksi

Vaikka hiukkasfysiikan standardimallin vahvan vuorovaikutuksen teoria ennustaa Odderonin, niin selkeitä viitteitä sen olemassaolosta ei ole havaittu 30 vuoden etsimisestä huolimatta. Normaalisti protonien törmäysten yhteydessä välittyy ennestään tuttu kahden gluonin tila, Pomeron, eikä harvinaisempi kolmen gluonin tila.

­- Löytö sopii hyvin hiukkasfysiikan standardimallin puitteisiin, eikä ole ristiriidassa sen kanssa. Standardimalli voi yhä hyvin, ja kaikki muutkin LHC-törmäyttimellä tehdyt kokeet ovat tukeneet tätä mallia, sanoo Österberg.

Protonien törmäytykset tehtiin 27 kilometriä pitkässä maanalaisessa LHC-tunnelissa Cernissä.

Suomen osuutta TOTEM-kokeessa koordinoi Fysiikan tutkimuslaitos, joka on Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteen tiedekunnan alainen kansallinen erillislaitos. Fysiikan tutkimuslaitoksen jäsenyliopistoja ovat Helsingin yliopiston lisäksi sekä Aalto-yliopisto ja Jyväskylän yliopisto että Tampereen ja Lappeenrannan teknilliset yliopistot.

Lue lisää:

Odd gluon compounds may be lurking in the protons
Meet the 'odderon': Large Hadron Collider experiment shows potential evidence of quasiparticle sought for decades
Mikä on Cernissä löydetty outo kvasihiukkanen? Tutkimukseen osallistunut suomalaisprofessori selittää
Fysiikan tutkimuslaitos, HIP

Lisätiedot:
Alkeishiukkasfysiikan professori Kenneth Österberg, Helsingin yliopisto, 050 522 5166, kenneth.osterberg@helsinki.fi
Viestinnän asiantuntija Minna Meriläinen-Tenhu, @MinnaMeriTenhu, 050 415 0316, minna.merilainen@helsinki.fi

Lue lisää aiheesta: Luonnontieteet