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Odderón: La partícula que no es partícula


Suena como el comienzo de un enigma de física muy malo: soy una partícula que realmente no lo es; Me desvanezco antes de que pueda ser detectada, pero pueden verme. Rompo la comprensión de la física pero no reviso sus conocimientos. ¿Quién soy?

Es un odderón, una partícula que es incluso más extraña de lo que su nombre sugiere, y puede haber sido detectada recientemente en el Gran Colisionador de Hadrones, el destructor de átomos más poderoso, donde las partículas se cierran a una velocidad cercana a la de la luz alrededor de 27 kilómetros de largo rodean cerca de Ginebra en Suiza.

En primer lugar, el odderón no es realmente una partícula. Lo que consideramos partículas generalmente son muy estables: electrones, protones, quarks, neutrinos, etc. Puedes sostener un montón de ellos en tu mano y llevarlos contigo. Tu mano está literalmente hecha de ellos. Y tu mano no se desvanecerá en el aire en el corto plazo, por lo que probablemente podamos asumir con seguridad que sus partículas fundamentales se encontrarán a largo plazo.

Hay otras partículas que no duran mucho tiempo pero que aún se llaman partículas. A pesar de sus cortas vidas, siguen siendo partículas. Son libres, independientes y capaces de vivir por sí solas, separadas de cualquier interacción: esas son las características de una partícula real.

Y luego está la llamada cuasipartícula, que es solo un paso por encima de no ser una partícula en absoluto. Las cuasipartículas no son exactamente partículas, pero tampoco son exactamente ficción. Es solo ... complicado. 

Como en, literalmente complicado. En particular, las interacciones de partículas a velocidades muy altas se complican. Cuando dos protones se chocan entre sí casi a la velocidad de la luz, no son como dos bolas de billar agrietándose juntas. Es más bien como dos gotas de medusas que se tambalean una a la otra, se vuelven las entrañas y todo se arregla antes de que vuelvan a ser medusas en el camino.

En todo este complicado desorden, a veces aparecen patrones extraños. Las diminutas partículas emergen y desaparecen en un abrir y cerrar de ojos, solo para ser seguidas por otra partícula fugaz y otra. A veces estos destellos de partículas aparecen en una secuencia o patrón particular. A veces ni siquiera son destellos de partículas, sino simplemente vibraciones en la sopa de la mezcla de la colisión, vibraciones que sugieren la presencia de una partícula transitoria.

Es aquí donde los físicos se enfrentan a un dilema matemático. Pueden intentar describir completamente todo el complicado desorden que lleva a estos patrones efervescentes, o pueden pretender, simplemente por conveniencia, que estos patrones son "partículas" por derecho propio, pero con propiedades extrañas, como masas negativas. y hace girar ese cambio con el tiempo.

Los físicos eligen la última opción, y así nace la cuasipartícula. Las cuasipartículas son patrones breves, efervescentes o ondas de energía que aparecen en medio de una colisión de partículas de alta energía. Pero como se necesita mucho trabajo de piernas para describir completamente esa situación matemáticamente, los físicos toman algunos atajos y pretenden que estos patrones son sus propias partículas. Se hace solo para que las matemáticas sean más fáciles de manejar. Entonces, las cuasipartículas son tratadas como partículas, aunque definitivamente no lo son.

Es como fingir que las bromas de tu tío son realmente divertidas. Él es cuasidivertido puramente por conveniencia.

Un tipo particular de cuasipartícula  se llama el odderon, predicho para existir en los años 70. Se cree que aparece cuando un número impar de quarks, partículas adolescentes que son los bloques de construcción de la materia, aparecen brevemente dentro y fuera de la existencia durante las colisiones de protones y antiprotones. Si los odderones están presentes en este escenario de ruptura, habrá una ligera diferencia en las secciones transversales (la jerga física de la facilidad con la que una partícula golpea a la otra) de colisiones entre las partículas entre sí y con sus antipartículas.

Entonces, si golpeamos un grupo de protones juntos, por ejemplo, podemos calcular una sección transversal para esa interacción. Luego, podemos repetir este ejercicio para colisiones protón-antiprotón. En un mundo sin odderones, estas dos secciones transversales deberían ser idénticas. Pero los odderones cambian la imagen: estos breves patrones a los que llamamos odderones aparecen más favorablemente en las colisiones partícula-partícula que antipartícula-antipartícula, que modificarán ligeramente las secciones transversales.

El problema es que se predice que esta diferencia será muy, muy pequeña, por lo que necesitaría un montón de eventos o colisiones antes de poder reclamar una detección.

Ahora, si solo tuviéramos un colisionador de partículas gigantes que regularmente destrozara protones y antiprotones, y lo hiciera con energías tan altas y tan a menudo que pudiéramos obtener estadísticas confiables. Ah, cierto: lo hacemos, el Gran Colisionador de Hadrones.

En un artículo reciente, publicado el 26 de marzo en el servidor de preimpresión arXiv , la Colaboración TOTEM (en la hilarante jerga de las siglas de física de alta energía, TOTEM significa "Sección TOTal, Dispersión elástica y Medición de disociación por difracción en el LHC"). diferencias significativas entre las secciones transversales de protones que destruyen otros protones versus protones que se estrellan contra los antiprotones. Y la única manera de explicar la diferencia es resucitar esta idea de odderón de décadas de antigüedad. Puede haber otras explicaciones para los datos (en otras palabras, otras formas de partículas exóticas), pero los odderones, por muy extraños que parezcan, parecen ser el mejor candidato.