Dank fleißiger Arbeit haben Wissenschaftler Beweise für die Existenz eines Quasiteilchens gefunden, das vor fast 50 Jahren erstmals als Hypothese vorgeschlagen wurde: Abrieb.
Ein Oderon ist eine Kombination aus subatomaren Teilchen, kein neues Elementarteilchen, aber bei einigen Wechselwirkungen verhält es sich als solches, und die Art und Weise, wie es in die Grundbausteine der Materie passt, macht die Entdeckung zu einem großen Durchbruch für Physiker.
Letztendlich wurde der Oderon durch eine detaillierte Analyse von zwei Datensätzen entdeckt, wobei eine 5-Sigma-Wahrscheinlichkeit erreicht wurde, die die Forscher als Schwellenwert verwenden. Das heißt, wenn es den Oderon nicht gäbe, wäre die Wahrscheinlichkeit, dass wir zufällig einen solchen Effekt in den Daten sehen würden, 1 zu 3,5 Millionen.
Teilchen wie Protonen und Neutronen bestehen aus kleineren subatomaren Teilchen: Vereinfacht gesagt sind Quarks mit Gluonen „zusammengeklebt“, die die Kraft tragen. Die Kopplung von Protonen in einem Teilchenbeschleuniger gibt uns die Möglichkeit, in ihre innere Struktur zu schauen, die mit Gluonen gesättigt ist.
Wenn zwei Protonen zusammenstoßen, aber die Kollision irgendwie überleben, lässt sich diese Wechselwirkung – eine Art elastische Streuung – dadurch erklären, dass die Protonen eine gerade oder ungerade Anzahl von Gluonen austauschen.
Ist diese Zahl gerade, handelt es sich um die Arbeit eines Quasiteilchens pommern. Eine andere – offenbar viel seltener vorkommende – Möglichkeit ist das Oderon-Quasiteilchen, eine Verbindung mit einer ungeraden Anzahl von Gluonen. Bisher konnten Wissenschaftler Oderonen in Experimenten nicht nachweisen, obwohl die theoretische Quantenphysik ihre Existenz vorhersagte.
Forschung
Die Forscher analysierten eine große Menge an Daten, die vom Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) in der Schweiz und vom Teilchenbeschleuniger Tevatron in den Vereinigten Staaten stammen.
Millionen von Datenpunkten wurden untersucht, um Proton-Proton- oder Proton-Antiproton-Kollisionen zu vergleichen, bis die Wissenschaftler überzeugt waren, dass sie Ergebnisse – ungeradzahlige Gluon-Kopplungen – sahen, die nur möglich wären, wenn das Oderon existierte.
Ein Vergleich der beiden Stoßarten ergab einen deutlichen Unterschied im Energieaustausch – dieser Unterschied weist auf ein Oderon hin. Das Team kombinierte dann die präziseren Messungen mit einem früheren Experiment im Jahr 2018, das einige der Unsicherheiten beseitigte und es ihnen ermöglichte, zum ersten Mal ein so hohes Vertrauensniveau der Erkennung zu erreichen.
Die Entdeckung trägt auch dazu bei, einige der Lücken in der aktuellen Idee der Quantenchromodynamik oder QCD zu schließen, einer Hypothese darüber, wie Quarks und Gluonen auf minimalem Niveau interagieren. Wir sprechen über den Zustand der Materie im kleinsten Maßstab und wie alles im Universum zusammenkommt.
Darüber hinaus, so die Forscher, könnte die spezielle Technologie, die zur Verfolgung von Oderon entwickelt wurde, in Zukunft viele andere Anwendungen finden, beispielsweise in medizinischen Instrumenten. Und obwohl diese Forschung nicht alle Fragen zu Oderonen und ihrer Funktionsweise beantwortet, ist sie doch der beste Beweis dafür, dass sie existieren. Zukünftige Experimente mit Teilchenbeschleunigern werden zusätzliche Bestätigung liefern und zweifellos weitere Fragen aufwerfen.
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