Mikä on Cernissä löydetty outo kvasihiukkanen? Tutkimukseen osallistunut suomalaisprofessori selittää

Odderonin olemassaolosta on ollut aavistuksia vuosikymmeniä. Nyt se on jo lähes varmaa.

alkeishiukkaset
TOTEMin mittalaitteita suuren hardonitörmäyttimen tunnelissa.
TOTEM collaboration

Euroopan hiukkastutkimuslaitoksen Cernin kaikkein suurimmalla laitteella, suurella hadronitörmäyttimellä eli LHC:llä, on jälleen saatu uutta tietoa universumimme pienimmistä hiukkasista.

Sadan kansainvälisen hiukkasfyysikon ryhmä etsi – ja löysi – todisteita odderon-nimellä tunnetun kvasihiukkasen olemassaolosta.

– Kyseessä on ainakin keskipitkä askel hiukkastutkimuksessa, odderoniahan on jahdattu yli 30 vuotta, sanoo Helsingin yliopiston alkeishiukkasfysiikan professori Kenneth Österberg. Hän koordinoi fysiikan analyysejä, jotka saatiin TOTEMista, joka on yksi LHC:n kuudesta koeasemasta.

Kyse ei ole varsinaisesti hiukkasesta tai antihiukkasesta, vaan kolmen gluonin muodostamasta tilasta. Gluoni on vahvan vuorovaikutuksen välittäjähiukkanen, joita löytyy normaalisti vapaina vain esimerkiksi protoneista ja atomin ytimistä.

Gluonit välittävät vahvaa voimaa ja pitävät kvarkit kiinni toisissaan. Normaalisti ne eivät esiinny vapaina hiukkasina, vaan ne ovat sidottuja kvarkkeihin tai niitä esiintyy monta yhdessä.

Mistä odderon löytyy?

Odderonia voi etsiä törmäyttämällä protoneja LHC:ssä. Jos kahden protonin törmäyksestä tulee ulos kaksi protonia, niin pienellä todennäköisyydellä niiden välillä välittyy "sidottu tila", joka on juuri kyseinen odderon.

Normaalisti törmäyksen yhteydessä välittyy ennestään tuttu kahden gluonin tila, eikä harvinaisempaa kolmen gluonion tilaa, josta odderon löytyy. Tämä taas johtuu siitä, että kahden gluonin tila on niin dominoiva, ettei kolmosta ole löytynyt, vaikka sitä on osattu etsiä jo vuosikymmeniä.

Aiemmin kolmen gluonin tilasta on saatu viitteitä, mutta nyt siitä löytyi toinen merkki, joka innostanee jatkotutkimuksiin, sanoo Österberg.

Seuraavaksi saatetaan yrittää tuottaa samantyyppisessä reaktiossa tällainen kolmen gluonin muodostama oikea hiukkanen. Österbergin mukaan hiukkanen on saanut jo nimenkin. Englanniksi se on glueball eli suomeksi liimapallo.

Ei varsinaisesti odottamatonta

Österbergin mukaan Cernissä tehty löytö sopii hyvin hiukkasfysiikan standardimallin puitteisiin, eikä siis ole ristiriidassa sen kanssa.

Jo yli 40 vuotta sitten luotu atomia pienempiä hiukkasia kuvaava standardimalli yhdistää kaikki tunnetut alkeishiukkaset ja niiden vuorovaikutukset eli heikon ja vahvan vuorovaikutuksen sekä sähkömagnetismin.

Standardimalli voi yhä hyvin, ja kaikki muutkin LHC:ssä tehdyt kokeet ovat tukeneet sitä, sanoo Österberg..

Österbergin koordinoimissa TOTEM-mittauksissa oli kyse standardimallin vahvan vuorovaikutuksen ja sähkömagneettisen vuorovaikutuksen rajapinnasta.

– Mittaus ja sen tulkinta oli aika monimutkainen, hän myöntää.