Rilevata dall’LHC l’esistenza di una quasiparticella, l’Odderon. Se ne teorizzava l’esistenza dagli anni ’70

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Odderon LHC

Un complicato enigma della fisica: sono una particella che in realtà non lo è, svanisco prima di poter essere scoperto, ma posso essere visto. Chi sono?

Stiamo parlando dell’odderon, una particella ancora più strana di quanto suggerisce il suo nome, che potrebbe essere stata recentemente rilevata al Large Hadron Collider, il più potente smasher atomico, in cui le particelle vengono compresse alla velocità della luce lungo un percorso obbligato di 27 chilometri che si trova al CERN di Ginevra.

Prima di tutto, l’odderon non è davvero una particella. Ciò che pensiamo come particelle di solito sono molto stabili: elettroni, protoni, quark, neutrini e così via. Puoi tenerne un mazzo in mano e portarli in giro con te. Diamine, la tua mano è letteralmente fatta di loro. E la tua mano non sta svanendo nel nulla in breve tempo, quindi possiamo probabilmente presumere che le sue particelle fondamentali siano stabili a lungo termine.

Ci sono altre particelle che non durano a lungo ma che possono ancora essere chiamate particelle. Nonostante la loro breve vita, rimangono particelle. Sono libere, indipendenti e in grado di vivere da sole, separati da qualsiasi interazione – hanno tutti i tratti distintivi di una particella reale.

E poi c’è la cosiddetta quasiparticella, che è solo un gradino sopra a non essere affatto una particella. Le quasiparticelle non sono esattamente particelle, ma non sono esattamente finzione. È solo … complicato.

In particolare, le interazioni delle particelle a velocità super elevate diventano complicate. Quando due protoni si scontrano l’un l’altro quasi alla velocità della luce, non è come se due palle da biliardo si scontrassero. È come se due meduse si rimescolassero l’una nell’altra, facendosi rivoltare le budella e facendo in modo che tutto si riorganizzasse prima di tornare ad essere meduse indipendenti.

In tutto questo complicato disordine, a volte succedono strane cose. Piccole particelle entrano ed escono dall’esistenza in un batter d’occhio, solo per essere seguite da un’altra particella fugace – e un’altra. A volte questi lampi di particelle appaiono in una particolare sequenza o modello. A volte non sono nemmeno lampi di particelle, ma solo vibrazioni nella zuppa della miscela della collisione – vibrazioni che suggeriscono la presenza di una particella transitoria.

È qui che i fisici affrontano un dilemma matematico. Possono tentare di descrivere completamente tutta la complicata confusione che porta a questi schemi effervescenti, oppure possono fingere – per puro piacere – che questi modelli siano “particelle” a sé stanti, ma con proprietà strane, come masse negative e spin che cambiano col tempo.

I fisici scelgono quest’ultima opzione, e così nasce la quasiparticella. Le quasiparticelle sono modelli brevi, increspature di energia che appaiono nel bel mezzo di una collisione di particelle ad alta energia. Ma dal momento che ci vuole un sacco di lavoro per descrivere completamente questa situazione dal punto di vista matematico, i fisici prendono alcune scorciatoie e fingono che questi pattern siano le loro particelle. È fatto solo per rendere la matematica più facile da gestire. Quindi, le quasiparticelle sono trattate come particelle, anche se sicuramente non lo sono.

Un particolare tipo di quasiparticella è chiamato odderon, la cui esistenza era prevista dagli anni ’70. Si pensa che appaia quando un numero dispari di quark lampeggiano brevemente dentro e fuori dall’esistenza durante le collisioni protone e antiprotone. Se gli odderon sono presenti in questo scenario di smashup, ci sarà una leggera differenza nelle sezioni trasversali (gergo fisico per indicare quanto facilmente una particella ne colpisce un’altra) delle collisioni tra le particelle con sé stesse e con le loro antiparticelle.

Quindi, se sbattiamo insieme un mucchio di protoni, per esempio, possiamo calcolare una sezione trasversale per quella interazione. Possiamo ripetere questo esercizio per le collisioni protone-antiprotone. In un mondo senza odderoni, queste due sezioni trasversali dovrebbero essere identiche. Ma gli odderoni cambiano il quadro: questi brevi schemi che chiamiamo odderoni appaiono più facilmente nella particella-particella rispetto alle collisioni antiparticella-antiparticella, che modificano leggermente le sezioni trasversali.

Il problema è che questa differenza è prevista essere molto, molto piccola, quindi è necessario generare moltissimi eventi, o collisioni, prima che sia possibile un rilevamento.

Secondo un recente articolo, pubblicato il 26 marzo sul server di preprint arXiv, il progetto TOTEM (nelle esilaranti sigle gergali della fisica delle alte energie, TOTEM sta per “TOTAL cross section, scattering elastico e misurazione della dissociazione di diffrazione al LHC“) ha rilevato differenze significative tra le sezioni trasversali dei protoni che distruggono altri protoni contro i protoni che sbattono contro gli antiprotoni. E l’unico modo per spiegare la differenza è risuscitare questa idea vecchia di decenni dell’esistenza dell’odderon. Potrebbero esserci altre spiegazioni per i dati (in altre parole, altre forme di particelle esotiche), ma gli odderoni, per quanto strano possa sembrare, sembrano essere i migliori candidati.

TOTEM ha scoperto qualcosa di nuovo e originale sull’universo? Di sicuroTOTEM ha scoperto una particella nuova di zecca? No, perché gli oderoni sono quasiparticelle, non particelle a sé stanti. Questo ci aiuta a superare i confini della fisica conosciuta? Di sicuro. Cambia la fisica conosciuta? No, perché già da decenni si prevedeva che gli odderon esistessero.

Certo, sembra tutto un po’ strano quando si va nell’infinitamente piccolo…

Fonte: Livescience