Van protonen is bekend dat ze quarks en gluonen bevatten. Maar gedragen gluonen zich zoals verwacht?

Wetenschappers van de TOTEM (Totaal, elastische en diffractieve doorsnedemeting) kan samenwerking indirect bewijs hebben gevonden voor een subatomaire gluonverbinding in proton-protonbotsingen. Voor het eerst getheoretiseerd in de jaren 70, zo'n staat, dan genaamd "Odderon, " bestaat uit een oneven aantal gluonen.

Gebruikelijk, de protonen die botsen in de LHC versplinteren en creëren nieuwe deeltjes. Soms echter, in ongeveer 25 procent van de tijd, ze overleven de ontmoeting intact. In plaats van in stukken te breken, ze veranderen alleen van richting en komen uit de detector onder zeer kleine hoeken ten opzichte van de beampipe - hun afwijking op een afstand van 200 meter is in de orde van één millimeter. Dit soort interactie wordt "elastische verstrooiing" genoemd en is de specialiteit van TOTEM, Het langste experiment van CERN. Om de overleefde protonen te kunnen detecteren, de detectoren zijn verspreid over bijna een halve kilometer rond het CMS-interactiepunt.

De quarks in het proton zijn gebonden door gluonen, de dragers van de sterke kracht. Natuurkundigen hebben met succes elastische verstrooiing verklaard bij lage impulsoverdracht en hoge energieën met de uitwisseling van een "Pomeron, " wat in moderne taal een toestand is van twee samengebonden gluonen.

TOTEM heeft het elastische verstrooiingsproces nauwkeurig gemeten bij 13 TeV om de totale kans op proton-protonbotsingen te extraheren, evenals de zogenaamde rho-parameter die helpt om het verschil in proton-proton- en antiproton-protonverstrooiing te verklaren.

Door deze twee metingen te combineren, TOTEM vindt een betere overeenkomst met theoretische modellen die de uitwisseling van drie geaggregeerde gluonen aangeven. Hoewel deze uitwisseling al in de jaren tachtig werd voorspeld door de Quantum Chromodynamics (QCD)-theorie, tot op heden was er geen experimenteel bewijs geleverd.

De metingen wijzen ook op een vertraging van de totale kans op verstrooiing met energie. Hoewel enigszins verwacht bij de allerhoogste energie, er is geen indicatie van een dergelijk effect in eerdere gegevens.

"Deze metingen onderzoeken voor het eerst het gedrag van protonen in elastische interacties bij de hoogste energie van 13 TeV. Deze resultaten verkregen met een recordprecisie werden mogelijk gemaakt door de uitstekende prestaties van de TOTEM-detectoren en de uitzonderlijke mogelijkheden van de Large Hadron Collider , " merkte Simone Giani op, de TOTEM-woordvoerder.

Als drie gluonen echt een verbinding zouden vormen, het zou in andere verstrooiingsexperimenten moeten verschijnen. Natuurkundigen kijken daarom uit naar gerichte experimenten om vast te stellen of zo'n verbinding daadwerkelijk wordt gevormd. Om de theoretische interpretaties verder te onderzoeken en te bevestigen, een speciale LHC-protonrun met een energie van 900 GeV is gepland voor 2018 om meer gegevens te verzamelen en er zullen ook andere LHC-experimenten bij betrokken zijn.