Участники экспериментов TOTEM на Большом адронном коллайдере и DØ на Теватроне в совместной работе сообщили об открытии оддерона. Эта виртуальная бесцветная частица из нечетного числа глюонов (чаще всего — из трех), которой адроны обмениваются в упругих столкновениях при высоких энергиях, была предсказана в рамках квантовой хромодинамики — теории сильных взаимодействий элементарных частиц.

Такой результат в очередной раз подтверждает состоятельность этой теории и демонстрирует, что протон при упругом рассеянии на протоне и антипротоне ведет себя по-разному. Коротко об открытии сообщает CERN Courier, препринт статьи доступен на сайте arxiv.org.

Обычно на таких ускорителях, как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе или Теватрон в Национальной Ускорительной Лаборатории Ферми (она же Фермилаб), основное внимание уделяют неупругим столкновениям частиц. Именно в результате таких столкновений, в которых два летящих навстречу друг другу протона или ядра сталкиваются почти лоб в лоб и «разваливаются» на кварки и глюоны, практически вся кинетическая энергия уходит на рождение новых частиц и экзотических состояний материи.

Тем не менее интерес для ученых представляют и упругие столкновения, когда сами ускоряемые частицы в ходе взаимодействия друг с другом не разрушаются, а лишь меняют траекторию движения. Именно в упругих столкновениях можно проверить на прочность модели, которые предсказывают, как именно те или иные частицы взаимодействуют друг с другом на высоких энергиях.

Особый интерес для физиков представляют упругие столкновения протонов. Их рассеяние друг на друге при низких энергиях определяется электромагнитным и сильным взаимодействиями: первое осуществляется за счет обмена фотонами (переносчиками этого взаимодействия), а второе — за счет обмена виртуальными мезонами, в частности, пионами (которые, к примеру, отвечают и за взаимодействие протонов и нейтронов в ядрах). Но с ростом энергии сталкивающихся протонов все большее значение обретают эффекты, предсказываемые квантовой хромодинамикой. Согласно этой теории, при энергиях порядка нескольких тераэлектронвольт процесс упругого столкновения протонов осуществляется посредством обмена глюонами — переносчиками сильного взаимодействия.

Оказывается, что и в этом случае для теоретического описания такого процесса удобно предположить, что протоны обмениваются виртуальной частицей, состоящей из нескольких глюонов. При небольших значениях импульса, переданного в таком упругом столкновении, этот процесс хорошо описывается обменом между протонами бесцветной виртуальной частицей из четного числа глюонов — помероном. Сам померон — разновидность раджеонов, которые возникают в рамках теории Редже и позволяют хорошо описывать сильные взаимодействия адронов при высоких энергиях. Именно помероны, согласно предсказаниям квантовой хромодинамики, вносят основной вклад в сечения взаимодействия протонов высоких энергий.

Кроме померонов теоретически могут возникать и похожие на них оддероны — тоже глюонные бесцветные виртуальные частицы, в которых, однако, нечетное число глюонов (в первом порядке — три). Существование таких частиц, в свою очередь, означало бы, что два протона и протон с антипротоном будут участвовать в упругом рассеянии по-разному: именно оддероны, в отличие от померонов, обладают отрицательной зарядовой четностью, из-за чего взаимодействуют с материей иначе чем с антиматерией.

Ранее ученые уже видели следы оддерона в экспериментальных данных по протон-протонным столкновениям на Большом адронном коллайдере, однако тогда ученым не хватило статистической точности для заявления об открытии частицы. Теперь же физики-участники двух схожих экспериментов TOTEM в ЦЕРНе и DØ в Фермилаб объединили свои данные с результатами предыдущего анализа и подтвердили существование оддерона.