Cela ressemble au début d'une très mauvaise énigme physique: je suis une particule qui ne l'est vraiment pas; Je disparais avant même d'avoir pu être détecté, mais je peux encore le voir. Je casse votre compréhension de la physique mais ne refondez pas vos connaissances. Qui suis je?
C'est un odderon, une particule encore plus étrange que son nom l'indique, et il a peut-être récemment été détecté au Large Hadron Collider, le plus puissant destructeur d'atomes, où les particules sont zippées à une vitesse proche de la lumière sur environ 17 miles de long ( 27 kilomètres) sonnent près de Genève en Suisse.
C'est juste compliqué
Tout d'abord, l'odderon n'est pas vraiment une particule. Ce que nous considérons comme des particules est généralement très stable: électrons, protons, quarks, neutrinos, etc. Vous pouvez en tenir un tas dans votre main et les emporter avec vous. Heck, votre main est littéralement faite d'eux. Et votre main ne disparaîtra pas de si tôt, donc nous pouvons probablement supposer en toute sécurité que ses particules fondamentales sont à long terme.
Il y a d'autres particules qui ne durent pas longtemps mais qui peuvent encore être appelées particules. Malgré leur courte durée de vie, ils restent des particules. Ils sont libres, indépendants et capables de vivre seuls, séparés de toute interaction - ce sont les caractéristiques d'une vraie particule.
Et puis il y a la soi-disant quasiparticule, qui est juste une étape au-dessus du fait qu'elle n'est pas une particule du tout. Les quasiparticules ne sont pas exactement des particules, mais elles ne sont pas non plus exactement de la fiction. C'est juste… compliqué.
Comme dans, littéralement compliqué. En particulier, les interactions des particules à des vitesses très élevées se compliquent. Lorsque deux protons s'entrechoquent à presque la vitesse de la lumière, ce n'est pas comme deux boules de billard qui se fissurent. Cela ressemble plus à deux gouttes de méduses vacillant l'une dans l'autre, se retournant les tripes et faisant tout réarranger avant de redevenir méduse à la sortie.
Sentiment quasi
Dans tout ce désordre compliqué, des motifs parfois étranges apparaissent. De minuscules particules apparaissent et disparaissent en un clin d'œil, pour être suivies par une autre particule éphémère - et une autre. Parfois, ces éclairs de particules apparaissent dans une séquence ou un motif particulier. Parfois, ce ne sont même pas des éclairs de particules, mais simplement des vibrations dans la soupe du mélange de la collision - des vibrations qui suggèrent la présence d'une particule transitoire.
C'est ici que les physiciens sont confrontés à un dilemme mathématique. Ils peuvent soit tenter de décrire complètement tout le désordre compliqué qui conduit à ces motifs effervescents, soit prétendre - uniquement pour des raisons de commodité - que ces motifs sont des «particules» à part entière, mais avec des propriétés étranges, comme des masses négatives et des tours qui changent avec le temps.
Les physiciens choisissent cette dernière option, et ainsi la quasiparticule est née. Les quasi-particules sont de brefs motifs effervescents ou ondulations d'énergie qui apparaissent au milieu d'une collision de particules à haute énergie. Mais comme il faut beaucoup de travail pour décrire mathématiquement cette situation, les physiciens prennent quelques raccourcis et prétendent que ces modèles sont leurs propres particules. C'est fait juste pour rendre les calculs plus faciles à gérer. Ainsi, les quasi-particules sont traitées comme des particules, même si elles ne le sont certainement pas.
C'est comme prétendre que les blagues de votre oncle sont en fait drôles. Il est quasifunny uniquement par souci de commodité.
Soirée les cotes
Un type particulier de quasiparticule est appelé l'odderon, qui devrait exister dans les années 1970. On pense qu'il apparaît lorsqu'un nombre impair de quarks - des particules adolescentes qui sont les éléments constitutifs de la matière - apparaissent et disparaissent brièvement pendant les collisions de protons et d'antiprotons. Si des odderons sont présents dans ce scénario de destruction, il y aura une légère différence dans les sections efficaces (jargon physique pour la facilité avec laquelle une particule en frappe une autre) des collisions entre les particules avec elles-mêmes et avec leurs antiparticules.
Ainsi, si nous claquons un tas de protons ensemble, par exemple, nous pouvons calculer une section efficace pour cette interaction. Ensuite, nous pouvons répéter cet exercice pour les collisions proton-antiproton. Dans un monde sans odderons, ces deux sections doivent être identiques. Mais les odderons changent l'image - ces brèves configurations que nous appelons odderons apparaissent plus favorablement dans les collisions particule-particule que antiparticule-antiparticule, ce qui modifiera légèrement les sections efficaces.
Le problème est que cette différence devrait être très, très petite, vous auriez donc besoin d'une tonne d'événements ou de collisions avant de pouvoir revendiquer une détection.
Maintenant, si seulement nous avions un collisionneur de particules géant qui brisait régulièrement des protons et des antiprotons ensemble, et le faisait à des énergies si élevées et si souvent que nous pouvions obtenir des statistiques fiables. Oh, c'est vrai: nous le faisons, le Grand collisionneur de hadrons.
Dans un article récent, publié le 26 mars sur le serveur de préimpression arXiv, la collaboration TOTEM (dans le jargon hilarant des acronymes de la physique des hautes énergies, TOTEM signifie "TOTal cross-section, Elastic scattering and Elastic scattering and diffraction dissociation Measurement at the LHC") a rapporté des différences significatives entre les coupes transversales de protons brisant d'autres protons par rapport à des protons claquant en antiprotons Et la seule façon d'expliquer la différence est de ressusciter cette idée vieille de plusieurs décennies de l'odderon. Il pourrait y avoir d'autres explications pour les données (en d'autres termes, d'autres formes de particules exotiques), mais les odderons, aussi étranges que cela puisse paraître, semblent être le meilleur candidat.
TOTEM a-t-il découvert quelque chose de nouveau et de funky dans l'univers? Pour sûr. TOTEM a-t-il découvert une toute nouvelle particule? Non, car les odderons sont des quasiparticules, pas des particules à part entière. Cela nous aide-t-il toujours à dépasser les limites de la physique connue? Pour sûr. Est-ce que cela brise la physique connue? Non, car les odderons devaient exister dans notre compréhension actuelle.
Est-ce que tout cela vous semble un peu étrange?
Paul M. Sutter est astrophysicien à Université d'État de l'Ohio, hôte de Demandez à un astronaute et Radio spatialeet auteur de Votre place dans l'univers.
