Sadan kansainvälisen hiukkasfyysikon ryhmä on löytänyt todisteita uuden hypoteettisen odderon-kvasihiukkasen olemassaolosta, kertoo Phys.org-sivusto. Tutkimuksessa oli mukana tieteilijöitä muun muassa Helsingin yliopistosta.

Kaikilla perushiukkasilla on antihiukkanen. Vastakappale on massaltaan identtinen mutta käänteisesti varautunut hiukkanen. Perus- ja antihiukkasten lisäksi on olemassa kvasihiukkasia, jotka ovat itsessään myös omia antihiukkasiaan.

Odderon-kvasihiukkanen on pomeron-hiukkasen teoreettinen vastakappale, jolla on pariton vastavaraus. Pomeron on taas kasvavalla spinillä varustettu hiukkanen. Spinillä tarkoitetaan alkeishiukkasista puhuttaessa ominaisuutta, jonka lähes vastaavanlaisena arkisena ilmiönä voidaan pitää sisäistä pyörimismäärää. Alkeishiukkaset ovat sisäiseltä rakenteeltaan itsenäisiä hiukkasia, jotka eivät koostu muista hiukkasista.

Odderon-kvasihiukkasta on etsitty sen teoreettisesta ensiesittelyhetkestä eli vuodesta 1973 asti, joten kyseessä on varsin lupaava löydös.

Merkkejä hypoteettisesta kvasihiukkasesta on ollut toisaalta mahdollista löytää vasta vuoden 2015 jälkeen, kun maailman suurin hiukkaskiihdytin, Suuri Hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) alkoi operoida suurimmilla mahdollisilla energioillaan. LHC-kiihdytin toimi myös viimeaikaisten löydösten alasimena.

Tutkimustuloksissa käsitelty data saatiin 13 teraelektronivoltin energiamäärän vallitessa. Kyseinen valtava lukema on toistaiseksi kaikkien aikojen suurin energiamäärä, mitä on pystytty tuottamaan protoneita toisiinsa törmäyttämällä, joten myös törmäyttämisen nopeusennätys rikkoitui.

Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen CERNin TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) -työryhmän havainnot julkistettiin arXiv-arkistopalvelussa.

TOTEM on yksi Suuren Hadronitörmäyttimen seitsemästä hiukkasilmaisinkokeesta. Tutkijat vertailivat viimeisimpiä testaustuloksia matalammilla energiatasoilla aiemmin suoritettuihin laskelmiin. Kävi ilmi, että heillä oli käsissään kautta aikojen tarkimmat mittaustulokset, mitä tämän kaltaisten kokeiden yhteydessä on saatu synnytettyä.

Uudet löydökset liittyvät hadroneihin eli hiukkasperheeseen, johon kuuluvat protonit sekä neutronit. Hadronit muodostuvat gluoni-alkeishiukkasten välittämän voiman yhteen niputtamista kvarkki-alkeishiukkasista.

Hiljattain Suuressa Hadronitörmäyttimessä tehdyissä törmäyskokeissa protonit pysyivät täysin ehjinä. Kaikissa edeltävissä kokeissa on havaittu pelkästään sellaisia törmäyksiä, joissa parillinen määrä gluoneja on vaihtanut paikkaa eri protonien välillä. Gluonit eivät sijaitse protonien sisällä vaan niiden läheisyydessä ulkopuolella.

”Protonit ovat samoilla tavoin vuorovaikutuksessa keskenään kuin kaksi suurta autoja kuljettavaa rekkaa, jotka törmäävät toisiinsa. Törmäyksen jälkeen rekat ovat vielä koossa, mutta niiden kuljettamat autot eivät ole enää kyydissä ja myös uusia autoja syntyy”, selitti yhdysvaltalaisen Kansasin yliopiston hiukkasteoreetikko Timothy Raben yliopiston lehdistötiedotteessa.

Satapäisessä tutkimusryhmässä oli mukana kuusi Kansasin yliopiston tutkijaa. Raben ei ollut tutkimuksessa mukana, mutta hän on työskennellyt odderon-kvasihiukkaseen liittyvissä projekteissa.

Rabenin selitys oli tavallaan hieman sekava, mutta ”uusien autojen syntymisellä” hän tarkoitti ilmeisesti sitä, että kun energia normaalisti muuttuu lämmöksi, hiukkasmaailmassa se muuttuu vertauskuvallisesti ”uusiksi autoiksi” eli hiukkasiksi.

Tutkijat kertoivat tutkimusjulkaisussa, että he olivat saaneet törmäytyksien yhteydessä todistusaineistoa protonien keskinäisistä ja lukumääräisesti parittomista gluonivaihdoista, joissa ei ollut kvarkkeja ollenkaan mukana.

”Tähän asti suurin osa malleista on esittänyt, että gluoneja on aina parillinen määrä”, kertoi tutkimuksessa mukana ollut Kansasin yliopiston fysiikan professori Christophe Royon yliopiston lehdistötiedotteessa.

Tutkijat selostivat, että odderon-kvasihiukkasta voidaan tarkastella kaiken tyyppisten parittomien gluonivaihtojen kokonaiskertymänä.

Teoreettisia malleja kyseenalaistava ilmiö ei kuitenkaan riko hiukkasfysiikan standardimallia, mutta kylläkin valaisee yhtä sen vähemmän ymmärretyistä puolista, kuten Timothy Raben totesi yliopiston lehdistötiedotteessa.