Protoner är kända för att innehålla kvarkar och gluoner. Men beter sig gluoner som förväntat?

Forskare från TOTEM (Totalt, elastisk och diffraktiv tvärsnittsmätning) samarbete kan ha hittat indirekta bevis på en subatomär gluonförening vid proton-protonkollisioner. Teoretiserades först på 1970-talet, en sådan stat, kallade sedan "Odderon, "består av ett udda antal gluoner.

Vanligtvis, protonerna som kolliderar i LHC splittras och skapar nya partiklar. Ibland dock, i cirka 25 procent av tiden, de överlever mötet intakt. Istället för att bryta sönder, de ändrar bara sin riktning och kommer ut från detektorn i mycket små vinklar till strålröret-deras avvikelse på 200 meters avstånd är i storleksordningen 1 millimeter. Denna typ av interaktion kallas "elastisk spridning" och det är TOTEMs specialitet, CERN:s längsta experiment. För att kunna upptäcka de överlevda protonerna, dess detektorer är spridda över nästan en halv kilometer runt CMS -interaktionspunkten.

Kvarkerna i protonen är bundna av gluoner, bärarna av den starka kraften. Fysiker har framgångsrikt förklarat elastisk spridning vid låg momentumöverföring och höga energier med utbytet av en "Pomeron, "som i det moderna språket är ett tillstånd av två lagade gluoner.

TOTEM mätte exakt den elastiska spridningsprocessen vid 13 TeV för att extrahera den totala sannolikheten för proton-protonkollisioner samt den så kallade rho-parametern som hjälper till att förklara skillnaden i proton-proton och antiproton-protonspridning.

Genom att kombinera dessa två mätningar, TOTEM finner bättre överensstämmelse med teoretiska modeller som indikerar utbyte av tre aggregerade gluoner. Även om detta utbyte har förutspåtts av Quantum Chromodynamik (QCD) teorin redan på 1980-talet, inga experimentella bevis hade presenterats hittills.

Mätningarna antyder också en minskning av den totala sannolikheten för spridning med energi. Medan något förväntat vid den högsta energin, det har inte funnits någon indikation på en sådan effekt i tidigare data.

"Dessa mätningar utforskar för första gången beteendet hos protoner i elastiska interaktioner vid den högsta energin på 13 TeV. Dessa resultat erhållna med rekordprecision möjliggjordes av den utmärkta prestandan hos TOTEM-detektorerna och de exceptionella egenskaperna hos Large Hadron Collider , "observerade Simone Giani, TOTEM -talesmannen.

Om tre gluoner verkligen skulle bilda en förening, det bör visas i andra spridningsexperiment. Fysiker ser därför fram emot dedikerade experiment för att fastställa om en sådan förening faktiskt bildas. För att ytterligare utforska och bekräfta de teoretiska tolkningarna, en speciell LHC -protonkörning med en energi på 900 GeV planeras att äga rum under 2018 för att samla in mer data och det kommer också att innebära andra LHC -experiment.