I en 17 mil lång cirkulär tunnel under gränsen mellan Frankrike och Schweiz, ett internationellt samarbete mellan forskare genomför experiment med världens mest avancerade vetenskapliga instrument, Large Hadron Collider (LHC). Genom att krossa ihop protoner som färdas nära ljusets hastighet, partikelfysiker analyserar dessa kollisioner och lär sig mer om den grundläggande sammansättningen av all materia i universum. Under de senaste åren har till exempel, dessa experiment visade data som ledde till Nobelpriset för upptäckten av Higgs Boson.

Nu, ett team av experimentella partikelfysiker med hög energi, inklusive flera från University of Kansas, har avslöjat möjliga bevis på en subatomär kvasipartikel som kallas en "odderon" som - tills nu - bara hade teoretiserats för att existera. Deras resultat publiceras för närvarande på arXiv- och CERN-förtrycksservrarna i två artiklar som har skickats in till granskade tidskrifter.

"Vi har letat efter det här sedan 1970 -talet, "sa Christophe Royon, Stiftelse framstående professor vid KU -institutionen för fysik och astronomi.

De nya fynden avser hadroner (familjen av partiklar som inkluderar protoner och neutroner), som är sammansatta av kvarker "limmade" tillsammans med gluoner. Dessa speciella experiment innefattar "kollisioner" där protonerna förblir intakta efter kollisionen. I alla tidigare experiment, forskare upptäckte kollisioner som involverade endast jämnt antal gluoner som byttes mellan olika protoner.

"Protonerna interagerar som två stora semi-lastbilar som transporterar bilar, den typen du ser på motorvägen, "sa Timothy Raben, en partikelteoretiker vid KU som har arbetat med odderon. "Om de lastbilarna kraschade ihop, efter kraschen skulle du fortfarande ha lastbilarna, men bilarna skulle nu stå utanför, inte längre ombord på lastbilarna - och även nya bilar produceras (energi omvandlas till materia). "

I det nya papperet forskare som använder mer energi och observerar kollisioner med mer precision rapporterar potentiella bevis på ett udda antal gluoner, utan några kvarker, utbyttes vid kollisionerna.

"Tills nu, de flesta modellerna trodde att det fanns ett par gluoner - alltid ett jämnt tal, "sa Royon." Nu mäter vi för första gången det högre antalet händelser och fastigheter och vid en ny energi. Vi fann mätningar som är oförenliga med denna traditionella modell för att anta ett jämnt antal gluoner. Det är en sorts upptäckt som vi kanske har sett för första gången, detta udda utbyte av antalet gluoner. Det kan vara tre, fem, sju eller fler gluoner. "

KU -forskarna förklarade att odderon kan ses som det totala bidraget som kommer från alla typer av udda gluonbyte. Det representerar alla tre, fem, sju eller andra udda antal gluoner. Däremot, den äldre modellen antar ett bidrag från alla jämna antal gluoner, så det inkluderar bidrag från två, fyra, sex eller fler jämnumrerade gluoner tillsammans.

På LHC, arbetet utfördes av ett team med mer än 100 fysiker från åtta länder som använde TOTEM -experimentet, nära en av de fyra punkterna i supercollider där protonstrålar riktas in i varandra, vilket får miljarder protonpar att kollidera varje sekund.

KU -forskare sa att resultaten ger färska detaljer till standardmodellen för partikelfysik, en allmänt accepterad fysikteori som förklarar hur materiens grundläggande byggstenar interagerar.

"Detta bryter inte mot standardmodellen, men det finns mycket ogenomskinliga områden i standardmodellen, och detta arbete lyser ett av dessa ogenomskinliga områden, sa Raben.

Fysiker har föreställt sig odderons existens i många decennier, men tills LHC började arbeta med sin högsta energi 2015, odderon förblev bara gissningar. Data som samlats in och presenterats i det nya papperet samlades in vid 13 teraelektronvolt (TeV), de snabbaste forskarna har någonsin kunnat kollidera protoner.

"Dessa idéer går tillbaka till 70 -talet, men även vid den tiden blev det snabbt uppenbart att vi inte var tekniskt nära att kunna se odderon, så även om det finns flera decennier av förutsägelser, odderon har inte setts, Sa Raben.

Enligt KU -forskarna TOTEM -experimentet var utformat för att upptäcka de protoner som inte förstörs av kollisionen men bara avviker något. Så, TOTEM -partikeldetektorerna placeras några millimeter från de utgående strålarna av protoner som inte interagerade. Genom att jämföra nuvarande resultat med mätningar vid lägre energier med mindre kraftfulla partikelacceleratorer, TOTEM har kunnat göra den mest exakta mätningen någonsin.

Medförfattarna jämförde förhållandet mellan signaturer från kollisioner vid olika energier för att fastställa "rho-parametern, "En åtgärd som hjälpte till att bygga bevis för den möjliga förekomsten av odderoner.

"Om du går till riktigt höga energier, det finns signaturer av beteendet hos strålar kolliderade vid en hög energi som kan mätas, "sade Raben." Men det finns olika typer av tillväxtunderskrifter med hög energi. Ända tills nu, vi har bara tänkt på en typ av tillväxtbeteende med hög energi. I huvudsak kan dessa mängder förändras som en funktion av energimängden. Rho -parametern mäter i huvudsak förhållandet mellan en signatur till en annan av denna höga energitillväxt. "

Sådan mätning av rho -parametern är skyldig det delade arbetet, samarbete och viktiga bidrag, om detektorns hårdvara och i synnerhet om fysikanalysen, av flera postdoktorer och högre fysiker.

Bortsett från Royon, KU -personal som deltar i de nya TOTEM -resultaten inkluderar postdoktoral forskare Nicola Minafra, som fick ett CMS -prestationspris i år, och doktorander Cristian Baldenegro Barrera, Justin Williams, Tommaso Isidori och Cole Lindsey. Andra KU -forskare som deltar i arbetet är Laurent Forthomme, en postdoktoral forskare också baserad på CERN och arbetar med CMS/TOTEM -experimenten, och doktorand Federico Deganutti, som arbetar med Raben på teori.

"Våra studenter kommer från många olika nationer, "sa Royon." KU arbetar vid gränsen för nya saker, och vi förväntar oss stora resultat under de kommande månaderna eller åren. Andra forskningsinsatser inkluderar att leta efter en extra dimension i universum, men för närvarande tittar vi bara på data. "

Royon sa att TOTEM-experimentets snabbtidsdetektorer som används för att mäta tid för flygning av protoner i LHC kan se många tillämpningar inom medicin, rymdfysik med NASA för att mäta kosmiska strålar, och avsaltning av havsvatten, ett koncept som KU -fysikern utforskar med Mark Shiflett, en stiftelse framstående professor vid KU Engineering School.